在各种超滤膜清洗工艺中,应用最广泛的仍然是传统的物理膜清洗和化学膜清洗。对于不可逆污染,虽然采取给水预处理、操作优化和膜材料改性等很多措施来减轻膜污染,但是长期操作增加的不可逆污染仍不可避免。因此,进行定期化学清洗,通过化学清洗工艺去除膜上沉积的污染物,恢复膜的渗透性、保持过滤过程稳定运行非常有必要。然而,在实际的膜清洗过程中,由于存在膜表面损伤的风险,以及清洗剂的严重浪费,存在一些局限性,且膜更换成本高。针对这一问题,我们在前期研究中开发了新型的H₂O₂-MnO₂膜清洗体系,实现了对受腐殖酸和河水污染的PVDF和PES膜的高效清洗。与传统化学清洗过程中整个超滤膜必须长时间浸泡在高浓度化学试剂中相比,H₂O₂-MnO₂膜清洗过程仅仅在0.5 wt%过氧化氢溶液中清洗5分钟就可以达到超过95%的渗透通量恢复和90%不可逆污染物去除的效果。更重要的是,经过连续6次的污染物清洗,膜的渗透通量和过滤效率仍能保持稳定。超滤膜结构变化的微观分析表明,采用H₂O₂-MnO₂体系对污染的超滤膜进行5分钟的清洗后可以清楚地观察到膜表面被恢复和清洁,并且几乎没有不可逆的污染物残留。基于电子自旋共振（ESR）以及不同自由基清除剂的淬灭实验,H₂O₂-MnO₂体系中同时出现了超氧化物加合物（DMPO-OOH）和羟基加合物（DMPO-OH）的特征峰。然而大约10分钟后,DMPO-OOH信号几乎完全消失,这是由于在水中的歧化作用迅速,DMPO-OOH生成后迅速变换为DMPO-OH导致。通过自由基淬灭实验证实了H₂O₂-MnO₂体系中共存的超氧自由基和羟基自由基,它们是降解不可逆污染的两种主要活性自由基。H₂O₂-MnO₂系统优异的清洗性能归因于超氧自由基、羟基自由基和同时产生的大量氧气,导致了高效的物理-化学清洗。此外,了解阳离子对膜污染的影响对于提高膜过滤系统的性能具有重要的意义,但不同的研究中得出相反的结论。同时,虽然人们对阳离子浓度影响进行了广泛研究,但对阳离子价态的研究却很少。为阐明这一点,本课题系统研究了典型阳离子对膜污染和清洗的影响,及相关的机理。以K⁺和Ca²⁺为代表性阳离子,腐植酸（HA）为代表性超滤膜污染物的实验结果表明,Ca²⁺促进了可逆污染物的形成,同时含HA+Ca²⁺的滤饼层也可以提高HA的去除效率。然而,K⁺的存在导致了更顽固的不可逆污染物的形成。通过对比原液和渗透液中阳离子的浓度,分析阳离子对HA絮凝体大小的影响,并通过SEM、AFM和TEM的详细观察,可以发现不同的机理主导了阳离子与HA的相互作用。Ca²⁺引起的桥联效应归因于HA分子的延伸,而K⁺引起的静电屏蔽效应导致了HA分子的压缩。此外,水合Ca²⁺和K⁺的不同特征也导致了HA+Ca²⁺和HA+K⁺形成的腐殖质层结构的不同。考虑到天然水体中K⁺和Ca²⁺的丰度,本研究结果可为实际膜过滤工艺提供有价值的建议。