参考医用透析机的原理 研究人员开发出处理废水的新方法

研究人员利用医用透析技术处理高含盐有机废水，以较低的能耗和最小的污垢从有机物中高效分离出盐分。 这种方法可提供可持续的、具有成本效益的处理方法，同时实现工业部门的资源回收，该技术能以最小的稀释度分离物质。

莱斯大学（Rice University）的研究人员与广东工业大学（Guangdong University of Technology）合作，采用医学领域常用的透析技术，开发出一种突破性的方法，用于处理高盐度有机废水（即含盐量和有机物含量都很高的废水）。

在医学透析中，一种名为透析器的机器可以过滤肾衰竭患者血液中的废物和多余的液体。 血液从体内抽出，在透析器中净化，然后通过一个单独的针头或管道回流。

在发表于《自然-水》的研究报告中，研究小组证明，类似的工艺可以有效地从废水中的有机化合物中分离出盐分，而且稀释程度极低。 这种方法克服了传统处理方法的主要局限性，具有显著的优势，包括减少对环境的影响、降低运营成本以及在各行各业回收宝贵资源的潜力。

该研究的通讯作者、土木与环境工程及化学与生物分子工程系南希和克林特-卡尔森教授 Menachem Elimelech 说："在我们的试验中，透析在分离盐类与有机物方面效果惊人。这是一个令人兴奋的发现，有可能重新定义我们如何处理一些最棘手的废水难题。"

许多行业都会产生高盐有机废水，包括石化、制药和纺织制造行业。 由于高盐分和高有机物含量的共同作用，这些废水对现有的处理工艺提出了严峻的挑战。 生物处理和高级氧化方法往往会因盐度升高而受到影响，从而降低其整体效果。 热处理方法虽然在技术上可行，但能耗高，易受腐蚀、堵塞和运行效率低下的影响，从而导致成本上升和维护复杂化。 同时，压力驱动的膜过程（如超滤）经常会遇到严重的膜污垢，导致需要多个废水稀释步骤，从而增加了用水量和操作复杂性。

"传统方法往往需要大量能源，而且需要反复稀释，"共同第一作者、莱斯大学埃利梅莱赫实验室博士后Yuanmiaoliang"Selina"Chen说。"透析消除了许多这些痛点，减少了耗水量和运营开销。"

Menachem Elimelech 和 Yuanmiaoliang"Selina"Chen。 图片来源：Gustavo Raskosky/莱斯大学

研究团队采用了台架透析实验和综合传输模型相结合的方法来评估透析在分离盐分和有机化合物方面的性能。 研究人员首先选择了不同截留分子量的商用超滤膜来研究盐分传输和有机物剔除。 然后，他们在透析装置中建立了一种双边逆流流动模式，其中包括含有高盐度有机废水的进料流在膜的一侧通过，而淡水流则在没有施加任何水压的情况下在另一侧流动。

研究人员随时间跟踪盐和水的通量，结果表明，盐通过膜扩散到透析液中，而水的通量仍然微不足道。 他们通过比较透析前后进料中的有机物浓度来测量有机物的去除率。 为了评估防污能力，他们在延长运行时间的过程中监测膜性能的变化（如果有的话）。 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，而不需要大量的淡水。 透析过程允许盐分进入透析液，同时将大部分有机化合物保留在原溶液中。 与使用相同膜的超滤相比，透析能更好地分离盐分和中性有机小分子。 由于透析依靠的是扩散而不是压力，盐分和有机物以不同的速度穿过膜，从而使分离更有效。

"我们发现，透析用于废水处理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，我们还可以回收有价值的盐分或化学品，从而促进循环经济的发展。"

透析的另一个显著优势是抗污垢。 与压力驱动系统不同，透析由于不依赖液压，膜上的有机物积聚明显较少。 这可以降低能耗，减少维护，减少膜的更换次数。

"通过完全放弃水压，我们最大限度地降低了污垢风险，而污垢是膜处理的最大障碍之一，"共同通讯作者、广东技术师范学院生态、环境与资源学院教授王章新说。"这样就能在较长的运行周期内实现更稳定、更一致的性能。"

此外，虽然透析本身并不能完全净化废水，但它能有效降低盐度，使生物处理、高级氧化或零液体排放系统等其他处理方法更加高效。

"透析为处理复杂的高盐度废水提供了一种可持续的解决方案，它可以节约淡水、降低能源成本并最大限度地减少污垢，"Elimelech 说。"它的扩散驱动方法可以彻底改变一些最具挑战性的工业废水的处理方法。"

编译自/scitechdaily