制革行业是用水量最大且对环境影响最大的行业之一，产生的废水中含有大量皮革残渣、化学物质、溶解有机碳（DOC）和各种污染物，对生态系统和公共健康构成严重威胁[[1], [2], [3], [4]]。有效处理这种复杂的废水通常需要较高的运营成本，这对行业的可持续发展是一个关键挑战[5,6]。
膜技术，特别是超滤（UF）和微滤（MF），被广泛用于去除制革废水中的悬浮固体和大分子，通常作为反渗透（RO）、纳滤（NF）、正向渗透（FO）和膜蒸馏等淡化膜的预处理步骤[[7], [8], [9]]。然而，由于脂肪和悬浮物质浓度高，这些膜容易发生严重污染，导致运营成本增加和工艺效率下降[10,11]。因此，开发有效的预处理策略以减轻膜污染对于膜技术在制革废水处理中的长期应用至关重要。
预臭氧处理作为一种预处理方法，在多种水和废水处理场景中已被广泛研究，以减轻膜污染[[12], [13], [14], [15], [16]]。然而，其在制革废水处理中的应用，尤其是与膜分离结合使用时，仍需进一步探索。此外，现有研究关于预臭氧处理减少NF/RO膜污染效果的结果并不一致，这可能是由于臭氧剂量、废水特性、膜类型和操作条件等因素的差异[14,17,18]。尽管如此，臭氧处理具有无污泥产生、化学添加物少和维护成本低等优点，使其成为一种有前景的预处理选择。
最近，正向渗透作为一种新兴的膜工艺受到关注，它利用渗透压差进行分离，具有能耗低、污染物去除率高和膜污染倾向低的优点[19,20]。正向渗透常用于浓缩废水流，从而实现更高效的后续处理或资源回收[21]。虽然反渗透广泛用于淡化和高级废水处理，但在本集成系统中选择了正向渗透，因为它能耗更低、抗污染性能更好，并且与预处理阶段兼容。具体来说，使用海水作为驱动溶液提供的渗透驱动力消除了对高压泵的需求，降低了运营成本。此外，正向渗透膜的低污染倾向与经过臭氧-超滤预处理的出水相匹配，确保了长期稳定的性能。这种方法不仅能够有效处理制革废水，还能同时淡化海水，以最小的能量投入实现双重资源回收。
结合臭氧、超滤和正向渗透技术可以形成一个高效、节能且环保的废水处理系统。这种组合利用臭氧的强氧化能力分解难降解有机物，通过超滤去除悬浮固体和胶体，并通过正向渗透实现高效率的水资源回收，同时能耗较低。这种系统特别适用于处理高浓度、高盐度的工业废水，如制革废水。
对于沿海地区的皮革制造企业来说，靠近海水为解决淡水短缺问题提供了独特的机会。在本研究中，我们使用海水作为正向渗透过程中的驱动溶液。这种方法不仅旨在降低制革废水处理成本，还同时实现了海水淡化。稀释后的海水驱动溶液可以进一步稀释以满足灌溉用水标准，从而支持沿海盐碱地的农业用途——从而实现工业、农业和生态效益的三重可持续发展模式。
尽管有这些潜在优势，但系统研究探讨预臭氧-超滤-正向渗透集成工艺在同时处理制革废水和淡化海水方面的可行性和有效性仍然不足。特别是，对于预臭氧处理对膜污染控制、整体污染物去除效率以及稀释海水在农业再利用方面的实际潜力了解有限。
因此，本文对用于处理制革废水并淡化海水的预臭氧-超滤-正向渗透集成工艺进行了全面评估。研究重点包括：（1）评估整个集成过程中污染物的截留效率；（2）分析不同预臭氧条件下超滤和正向渗透膜的性能；（3）研究预臭氧处理减轻膜污染的机制；（4）评估使用稀释驱动溶液进行农业灌溉的可行性。这项工作不仅探讨了将臭氧与膜技术结合用于制革废水处理的技术可行性，还为水资源回收提供了有价值的见解。
