利用医学透析机的原理，研究人员开发出处理废水新方法

     

莱斯大学与广东工大合作，开发透析技术处理高盐有机废水，有效分离盐和有机物，减少对环境影响，降低运营成本，有回收资源潜力，为处理复杂废水提供可持续解决方案。

莱斯大学的研究人员与广东工业大学合作，通过采用医学中常用的透析技术，开发了一种处理高盐度有机废水（含有高盐和有机物含量的废水）的开创性方法。

这 提供了一种可持续、具有成本效益的处理方法， 以较低的能耗和最少的结垢有效地从有机物中分离盐分， 同时实现工业部门的资源回收。

采用医学领域的方法，该技术可以以最小的稀释度分离物质。

在医学透析中，一种称为透析器的机器过滤肾功能衰竭患者血液中的废物和多余液体。从体内抽取血液，在透析器中纯化，然后通过单独的针头或管子返回。

在他们发表在《自然水》上的研究中， 研究小组证明，类似的过程可以有效地将盐分与废水中的有机化合物分离，稀释度最小。

这种方法克服了传统处理方法的主要局限性，并提供了显著的好处，包括减少对环境的影响、降低运营成本以及在各个行业中回收宝贵资源的潜力。

“在我们的试验中，透析在分离盐与有机物方面非常有效，”该研究的通讯作者、土木与环境工程和化学与生物分子工程的 Nancy and Clint Carlson 教授 Menachem Elimelech 说。“这是一个令人兴奋的发现，有可能重新定义我们处理一些最棘手的废水挑战的方式。”

许多行业都会产生高盐度的有机废水，包括石化、制药和纺织制造。由于高盐和高有机物含量，这些废水对现有的处理工艺构成了严峻的挑战。

生物处理和高级氧化方法通常会受到盐度升高的影响，从而降低其整体有效性。

热法虽然在技术上可行，但能源密集型且容易受到腐蚀、堵塞和操作效率低下的影响，这可能会增加成本并使维护复杂化。

同时，压力驱动的膜工艺（如超滤）经常遇到严重的膜污染，导致需要多个废水稀释步骤，这增加了用水量和操作复杂性。

“传统方法通常需要大量能量，并且需要反复稀释，”莱斯大学 Elimele 实验室的共同第一作者、博士后 Yuanmiaoliang “Selina” Chen 说。“透析消除了许多这些痛点，减少了用水量和运营开销。”

Menachem Elimelech 和 Yuanmiaoliang “Selina” Chen。

图源：Gustavo Raskosky/莱斯大学

研究团队采用小规模透析实验和综合传输模型相结合的方式，以评估分离盐和有机化合物的透析性能。

研究人员首先选择了具有不同截留分子量的商用超滤膜来研究盐传输和有机物截留。

然后，他们在透析装置中建立了双边逆流模式，其中包括在膜的一侧通过含有高盐度有机废水的进料流，而淡水流在另一侧流动，没有任何施加液压。

研究人员跟踪盐和水通量随时间的变化，以证明盐分穿过膜扩散到透析液中，而水通量仍然可以忽略不计。

他们通过比较透析前后饲料中的有机浓度来测量有机物去除率。

为了评估抗污染性，他们监测了延长运行时间内膜性能的变化（如果有）。研究人员进一步开发了数学模型，以加深他们对盐和水传输机制的理解。

他们发现透析可以有效地去除水中的盐分，而无需大量的淡水。

该过程允许盐进入透析液流，同时将大多数有机化合物保留在原始溶液中。

与使用相同膜的超滤相比，透析更擅长从小的中性有机分子中分离盐。

由于透析依赖于扩散而不是压力，因此盐和有机物以不同的速度穿过膜，从而使分离更加高效。

“我们发现，用于废水处理的透析的最大优势之一是资源回收的潜力，”Elimelech 说。“除了简单地处理废水外，我们还可以回收有价值的盐或化学品，为更加循环的经济做出贡献。”

透析的另一个显著优势是其抗污染性。与压力驱动系统不同，透析膜上有机物质的堆积明显较少，因为它不依赖于液压。这可以转化为更低的能源使用、更少的维护和更少的膜更换。

“通过完全放弃液压，我们将结垢风险降至最低，这是基于膜的处理中最大的障碍之一，”共同通讯作者、广东科技大学生态环境与资源学院教授王章欣说，“这允许在更长的运行周期内实现更稳定和一致的性能。

此外，虽然单独的透析并不能完全净化废水，但它可以有效地降低盐度，使其他处理方法（如生物过程、高级氧化或零液体排放系统）更加高效。

“ 透析通过保护淡水、降低能源成本和最大限度地减少污垢，为处理复杂、高盐度的废物流提供了一种可持续的解决方案 ，”Elimelech 说。“ 它的扩散驱动方法可能会彻底改变一些最具挑战性的工业废水的处理。 ”