► 微塑料（MPs）会增加低聚合氯化铝（PAC）条件下的膜污染。
► 最佳PAC用量（0.2 mM）可形成疏松多孔絮体，提高透水性。
► MPs可促进形成大而多孔的絮状物，从而提高PAC水平下的膜透水性。
► XDLVO分析表明，在最佳PAC用量下存在排斥作用能，可减少堵塞现象。
► SEM和Zeta电位测量结果证实，MPs有助于形成松散的滤饼层。
MPs能够吸附或聚积藻酸盐类污染物，对混凝-超滤（CUF）工艺产生影响，因此被认为是水处理工艺面临的一项重大挑战。本论文选择海藻酸钠（SA）作为模型污染物，研究了在CUF工艺中，不同剂量的混凝剂PAC作用下，MPs造成的膜污染机理。结果表明，MPs是造成膜污染的原因之一，随着混凝剂浓度的增加，膜污染开始增加，然后缓解，在0.05 mM PAC用量时出现转折点。在0.2 mM PAC投加量时，膜污染现象得到了最明显的缓解。利用扩展的Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek (XDLVO)理论对过滤过程中界面相互作用能的变化进行了深入分析，证明了MPs如何改变污物与膜表面之间的相互作用力，从而导致污染加剧或减轻。此外，研究还表明，在最佳混凝剂浓度下，MPs的存在会促进疏松多孔滤饼层的形成，破坏原有结构，形成更松散的块状结构，从而减轻膜污染。这些发现为优化含微塑料水处理中的CUF过程提供了新见解，为提高效率和减少膜污染提供了一种新方法。
本研究选择天然水中常见的SA和聚苯乙烯微塑料（PSMPs）作为目标污物，PAC作为典型混凝剂，在中性条件下考察了PS和SA在不同剂量的PAC作用下对聚偏氟乙烯（PVDF）超滤膜造成的污染。我们对不同混合水样在死端过滤后的超滤膜通量（J/J0）变化进行了测定，如图1所示，随着PAC浓度的增加，膜通量的衰减率降低，PSMPs对膜堵塞的影响随PAC浓度的变化而变化，在PAC浓度为0.05-0.1 mM时出现转折点，当浓度进一步增加到0.2 mM时，PSMPs明显促进了膜污染的缓解。这可能是由于PSMPs与PAC之间的相互作用促进了污染物的聚集和去除，因为PSMPs具有高比表面积和吸附能力，有利于形成较大的聚集体，不易渗透到膜孔中。
了更深入地研究MPs的膜污染行为和机理，本研究进一步利用XDLVO理论分析证实（如图3所示），在PAC浓度较低（0和0.05 mM）时，含有PSMPs的系统的相互作用能在靠近膜表面时下降得更明显，在整个距离范围内保持较低的负值。相反，当PAC浓度为0.2mM时，膜和污染物之间相互排斥，这种斥力减少了污物与膜的接触。在此条件下，不含PSMPs的系统的排斥能为1.84×107 kT，而含PSMPs的系统的排斥能增加到2.42×107kT，有助于减缓污染物与膜的接触，从而减轻膜污染。这表明适当的PAC浓度与MPs的存在相结合，可以有效地增强混凝-超滤过程，从而减少膜污染并提高水处理效率。
图3. PAC浓度为（a）0、（b）0.05、（c）0.2 mM 时PVDF膜与污染物之间的相互作用能变化曲线.
基于上述发现，在优化的混凝条件下，MPs有助于形成松散和多孔的滤饼层，这在实际应用中可以为膜清洁策略和控制滤饼层的形成提供有价值的见解，从而提高处理效率。
沈悦：女，安徽滁州人，导师为林红军教授。浙江师范大学地理与环境科学学院2022级环境工程专业研究生。研究方向为膜污染机理与控制，具有较好的学习能力和写作能力，目前已以第一作者身份在Science of the Total Environment期刊上发表论文1篇，以其它作者发表SCI论文5篇。
