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05
2026
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Water Research X｜基于先进膜技术的医疗废水新兴污染物去除：原理与展望
作者：
综述题目
Advanced membrane-based technologies for eliminating emerging contaminants from medical wastewater: Principles and perspectives
基于先进膜技术的医疗废水新兴污染物去除：原理与展望
期刊名称：Water Research X
发表日期：2026年1月12日
DOI号：10.1016/j.wroa.2026.100491
摘要内容
医疗废水是新兴污染物（ECs）的重要储存库，对环境和人类健康构成严重威胁。近年来，先进膜技术（AMB）因其在去除ECs方面的高效性，被认为是医疗废水深度处理的可行且有前景的策略。本文系统总结了医疗废水的水质特征和ECs的迁移转化规律，阐述了压力驱动、非压力驱动及新型膜工艺的工作原理、去除机制和应用效果。此外，研究从去除效率、经济成本和环境可持续性等多维度评估了各类技术的适用性，并展望了原位自清洁功能膜、膜集成系统优化、节能膜技术耦合以及浓缩液资源化回收等未来发展方向。
综述背景和意义
随着医疗行业的快速发展和各类疾病的频繁出现，医疗废水排放量持续增加，水质特征也发生了显著变化。这类废水成分复杂、生物毒性高，不仅含有常规有机物、悬浮固体和病原微生物，还包含大量新兴污染物，如抗生素、非甾体抗炎药、激素、造影剂、抗生素抗性基因（ARGs）和消毒副产物（DBPs）等。这些污染物往往难以生物降解，具有致病性和致癌性风险。
传统水处理工艺（如活性污泥法和A²/O工艺）对这些痕量且难降解的ECs去除率低且不稳定，无疑加剧了ECs及其有毒副产物传播扩散的风险。因此，开发高效、深入且可持续的医疗废水处理技术具有重要的现实意义。膜分离技术凭借其优异的尺寸筛分特性和易于针对性设计耦合的优势，被认为是去除ECs*有前景的方法之一。
综述内容
医疗废水与新兴污染物的特性
医疗废水可根据污染物特性分为四类：常规污染物、生物病原体、新兴污染物和危险化学品。其中，ECs主要来源于药品（抗生素、抗炎镇痛药、造影剂、精神类药物、激素等）、抗性基因（β-内酰胺类、四环素类、磺胺类、喹诺酮类）以及消毒过程中产生的各类消毒副产物。
ECs的识别面临诸多挑战：部分ECs以痕量水平存在，而医疗废水中含有大量常规有机物、无机盐和悬浮固体，这对分析仪器的灵敏度和检测限提出了严格要求。目前，高效液相色谱、气相色谱-质谱联用、液相色谱-质谱联用等技术可灵敏识别医疗废水中的ECs，为后续风险评估和去除策略提供基础数据。
先进膜技术的工作原理与机制
压力驱动膜工艺包括微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）和反渗透（RO）。MF和UF主要依靠物理筛分去除大颗粒和胶体，但对ECs的分离效率有限，通常需要与生物处理、高级氧化或吸附技术耦合。NF和RO则通过尺寸排阻、道南效应和吸附等协同机制，实现对二价盐和重金属离子的高效截留，RO膜几乎可完全去除所有ECs。
非压力驱动膜工艺突破了传统膜分离仅依赖压力差的局限，采用渗透压差（正渗透FO、压力延迟渗透PRO）、温度差（膜蒸馏MD）和电位差（电渗析ED）作为驱动力。FO和PRO具有膜污染轻、污染物浓缩效率高的优点；MD可实现对非挥发性离子、大分子有机物和ECs的有效截留；ED则对离子型ECs具有显著的分离和资源回收潜力。
新型膜工艺的核心特征是将膜分离单元与生物降解、高级氧化等技术功能耦合，实现ECs的协同高效去除。膜生物反应器（MBR）将膜分离与生物降解相结合，出水水质显著优于传统工艺；界面催化膜通过在膜表面或孔道内原位负载催化活性位点，实现跨膜传输过程中ECs的同步催化降解；厌氧膜生物反应器（AnMBR）不仅高效去除ECs，还能实现污泥减量和沼气回收。
各类AMB技术的应用效能
纳滤/反渗透工艺：商用NF270和NF90膜对诺氟沙星的去除率达87%-99.5%。采用聚多巴胺/聚（磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯）中间层制备的聚酰胺复合NF膜，对红霉素、盐酸四环素、头孢氨苄和硫酸钠的截留率分别达100.0%、99.4%、97.5%和98.9%。RO技术对可替宁、甲氧苄啶、咖啡因、文拉法辛、卡马西平、红霉素和氟西汀的去除率均高于97%。
MBR工艺：浸没式MBR对布洛芬的去除率达90%，但对卡马西平的去除率仅略高于50%，这与药物在污泥上的吸附行为差异有关。提取式MBR（EMBR）的优势在于微生物不直接与有害进水接触，采用超亲水纳米纤维复合膜的浸没式EMBR在处理高毒性废水时保持了高而稳定的传质速率。
高级氧化-膜耦合工艺：电氧化-MBR系统可在24小时内几乎完全去除COD和BOD₅，且膜饼层中的蛋白质和腐殖质浓度显著低于常规MBR，有效缓解了有机污染问题。中试规模原位臭氧/UF装置在低臭氧剂量下可选择性去除85%的ECs，原位臭氧曝气通过直接氧化有机污染物和气泡诱导的水力冲刷有效缓解了膜污染。
吸附膜工艺：UiO-66(Hf)-NH₂纳米晶改性复合纳米纤维膜通过静电作用、π-π堆叠作用、氢键和金属配位作用，实现了水杨酸的完全去除。醋酸纤维素/Mg-Al层状双氢氧化物纳米复合膜则通过强静电作用有效吸附双氯芬酸钠。
多组合工艺：MBR-NF组合工艺可生产高品质再生水，MBR的应用显著减轻了NF膜的污染；聚硅酸铁（PSI）/NF耦合系统对废水中DOC的去除率稳定在80%左右，PSI显著降低了膜表面的污染物浓度。
核心结论
先进膜技术在医疗废水ECs去除方面展现出显著潜力，其核心优势体现在三个维度：（1）**分离与深度净化——实现污染物与水的物理分离，确保出水水质稳定达标；（2）过程强化与协同增效——通过膜材料功能化（催化膜、吸附膜）或与生物、氧化过程耦合，实现污染物的同步分离与转化，提升整体处理效率并缓解膜污染；（3）模块化与紧凑化——设备占地面积小，易于自动化控制。
与传统活性污泥工艺相比，AMB技术（特别是MBR及其变体）通过膜过滤实现完全的生物质分离，出水质量更优、占地更少，对具有微生物降解和膜截留协同效应的污染物表现出更强的处理能力。与单独的高级氧化工艺相比，膜技术可有效浓缩污染物，但可能产生需要进一步处理的浓缩液，因此两者的集成（如AOP-膜耦合工艺）成为重要发展方向。
未来展望
尽管AMB技术前景广阔，但医疗废水成分复杂、毒性高、含盐量高的特点，对其稳定性、处理效率和经济可行性提出了严峻挑战。未来研究应关注以下方向：
材料创新：开发具有高选择性、抗污染性、化学稳定性和长期耐用性的智能膜材料，使其能够特异性响应医疗废水中的典型ECs，并与实时监测系统和人工智能算法集成，实现目标ECs的自适应高效分离。
节能降耗：发展原位自清洁功能膜，优化膜工艺流程，耦合节能膜技术，降低系统能耗。若膜蒸馏能有效利用医疗废水中的废热，其经济可行性将显著提升。
浓缩液资源化：系统开展以资源回收为核心的生命周期评估，研究循环经济模式，探索从AMB浓缩液中安全、经济地回收高价值药物活性成分和其他有价值资源的可行技术路径。
系统集成：加强多种技术的协同创新，将膜技术与高级氧化、吸附、混凝、生物降解等有效耦合，形成提高ECs去除效率和保障可持续运行性能的可靠策略。开发智能控制策略，实现各单元间的有效协作，探索低能耗替代工艺以降低整体能耗。
标准完善：推动医疗废水ECs的登记、监测、排放和监管标准制定，将检出频率高、持久性强、生物毒性大、易诱导抗性的ECs纳入监管清单，逐步建立相应排放标准，为AMB技术的推广应用提供政策支撑。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/a-z7FXdCyi-dGclPmcsYOw
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