综述：近期在用于控制消毒副产物的膜技术方面的进展：混合系统、面临的挑战及未来展望

时间：2026年2月20日

来源：Current Opinion in Environmental Science & Health

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膜技术在水处理中可有效控制消毒副产物（DBP）形成，其中NF和RO能去除90-99%的溶解有机物（DOM），降低DBPFP超过80%。MF和UF需结合预处理提升效果，但低分子量中性DBP如NDMA去除率仍低。混合系统如臭氧-NF和光催化膜法效率达95%，但存在规模化、成本及环境可持续性问题。未来需整合纳米材料、机器学习优化膜设计及生命周期评估。

作者：Thanigaivelan Arumugham、Delal E. Al Momani、Zainab Al Ansari、Shadi W. Hasan

阿拉伯联合酋长国阿布扎比哈利法科技大学化学与石油工程系膜与先进水技术中心（CMAT），邮编127788

摘要

膜技术在水的再利用中起着关键作用，它可以限制地表水和废水中的消毒副产物（DBP）的形成，从而确保饮用水和非饮用水的安全性。废水中含有丰富的溶解有机物（DOM），这些有机物是DBP的主要前体，给水的回收带来了挑战。通过预处理改进或采用混合膜系统已成为控制DBP形成和保证水质的重要策略。本综述重点评估了微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）和反渗透（RO）技术在控制DBP形成方面的最新进展。虽然NF和RO能够去除高达90–99%的溶解有机物，并有效降低DBP形成潜力（DBPFP）超过80%，但仅靠MF和UF在去除NOM/DBPFP方面效果有限，通常需要与混凝或其他预处理工艺结合使用才能实现有效的DBP控制。然而，像NDMA这样的低分子量中性DBP仍然难以去除，其去除率通常低于40%。包括臭氧处理-NF和光催化膜工艺在内的混合系统显示出高达95%的DBP去除效率，并且在防污染和运行稳定性方面具有优势。尽管取得了这些进展，但在可扩展性、成本以及新兴膜材料的环境可持续性方面仍存在挑战。未来的研究应优先考虑集成先进纳米材料、基于机器学习的膜设计以及生命周期评估，以实现安全且经济可行的DBP管理。

引言

气候变化、人口增长和快速工业化日益威胁全球清洁安全用水的供应[1]。一个主要问题是有害病原体的扩散，这会降低水质并增加霍乱、伤寒和痢疾等水传播疾病的风险[2]。因此，水消毒是现代水处理的基本组成部分，用于在公共供水前消除微生物污染。传统的消毒方法，如氯、氯胺、二氧化氯和紫外线（UV）照射，对细菌、病毒、原生动物和真菌都有效[3]。因此，消毒对于达到水质标准和保护公众健康至关重要。尽管消毒方法有效，但它会导致消毒副产物（DBP）的形成，这对水处理系统构成了重大挑战[4]。当有机和无机成分与消毒剂反应时会产生DBP[5]。1974年至2022年间，已报告了6,300多种DBP，其中651种得到确认，1,478种被鉴定，4,142种被提出[4]。天然有机物（NOM）是主要的DBP前体，因为其芳香族、酚类和羰基官能团在氧化消毒过程中容易发生卤化反应。NOM的分子量、疏水性和芳香性的变化（取决于其来源是陆地还是微生物）会显著影响DBP的形成潜力[6]。无机卤化物，特别是溴化物和碘化物，会进一步改变DBP的类型，使得溴化和碘化化合物通常比氯化DBP更具毒性[7]。DBP通常被分为碳基和非碳基，以及卤化和非卤化两类。饮用水中DBP超过指导限值会带来严重的健康风险；例如，世界卫生组织（WHO）将溴二氯甲烷的指导限值定为60 μg L^-1，溴甲烷的指导限值为100 μg L^-1[8]。表S1总结了主要的DBP类别、它们的前体及其相关的毒理学效应。在受废水影响的系统和水的再利用应用中，药物、个人护理产品和溶解有机氮（DON）等人为前体会进一步促进DBP的形成。为了减轻DBP及其前体的影响，已经开发了多种处理策略，包括混凝、高级氧化工艺（AOPs）、臭氧处理和基于膜的分离技术。低压膜（微滤（MF）和超滤（UF），尤其是与混凝结合使用时，可以有效去除高分子量有机物；而高压膜如纳滤（NF）和反渗透（RO）可以同时去除DBP及其低分子量前体[9, 10]。膜技术在海水淡化和废水处理方面取得了显著进展[11]，具有操作灵活性、连续运行、高去除效率和相对较低的二次副产物生成等优点[12]。它们对处理复杂的废水基质也很有效[6]，尽管仍存在能源需求、膜污染和运行成本等挑战[7]。因此，膜技术越来越多地被集成到水的再利用处理过程中，以控制DBP的形成，无论是用于饮用水还是非饮用水[13, 14]。废水中的溶解有机物（DOM）浓度高于传统饮用水源，增加了DBP的形成潜力。值得注意的是，美国近一半的饮用水处理厂受到上游废水意外排放的影响[15]，这凸显了需要采用预处理改进或混合膜系统的必要性。通过Scopus数据库（2022–2025年）搜索，发现了大约193篇关于DBP和膜的研究，进一步筛选后得到约60篇关键论文（见图S1）。尽管最近的综述主要集中在独立的NF和RO系统上[7, 16, 17]，但尚未有全面的综述系统地探讨结合预处理工艺的混合膜技术。本文旨在填补这一空白，评估独立和混合膜系统在去除DBP前体和减轻DBP方面的最新进展，强调存在的挑战、知识空白和未来的研究方向。

膜技术在减少DBPFP和去除DBP方面的性能评估

近年来，压力驱动的膜技术在水处理和再利用方面受到了广泛关注，涵盖了直接和间接的饮用水及非饮用水应用。本节全面概述了膜分离技术在去除DBP和控制地表水及废水处理中DBP形成潜力方面的最新进展，同时也重点介绍了预处理改进和混合膜技术的作用

用于控制DBPFP的混合膜技术

如果没有预处理技术，经济上有效地减少膜处理过程中的消毒副产物形成潜力（DBPFP）是具有挑战性的、复杂的且成本高昂的。将适当的预处理与膜分离结合使用可以有效减少污染、稳定过滤性能并延长膜寿命，从而降低整体处理成本。常用的预处理方法包括混凝/絮凝、臭氧处理、吸附等

结论与未来展望

本综述强调了膜技术作为独立系统或集成到混合配置中的重要作用，特别是在减少DBPFP和促进DBP去除方面的作用。其中，超滤（UF）、纳滤（NF）和反渗透（RO）在去除机制、表面性质、污染行为、催化降解潜力以及预处理或混合工艺的优势方面得到了重点研究

CRediT作者贡献声明

Thanigaivelan Arumugham：概念化、数据整理、正式分析、可视化、初稿撰写、审阅和编辑、验证。Delal E. Al Momani：数据整理、可视化、初稿撰写、审阅和编辑。Zainab Al Ansari：可视化、撰写——审阅和编辑。Shadi W. Hasan：概念化、验证、审阅和编辑、监督、资金获取、项目管理。