清華新聞網(wǎng)3月23日電（通訊員 丁昊杰）在工業(yè)零排放系統(tǒng)中，反滲透（RO）膜是鹽分濃縮與水資源回收的關(guān)鍵單元，但膜污染始終是制約其長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵工程難題?；炷A(yù)處理作為RO前端的常規(guī)水質(zhì)調(diào)節(jié)工藝，通常被視為減輕膜污染的有效措施，在工程實(shí)踐中廣泛應(yīng)用。然而，長(zhǎng)期運(yùn)行情況顯示，即使在混凝劑投加量符合設(shè)計(jì)規(guī)范的條件下，部分RO系統(tǒng)仍頻繁出現(xiàn)通量異常衰減、污染層加速形成等現(xiàn)象。這一反?，F(xiàn)象長(zhǎng)期困擾著工程界，已成為亟須系統(tǒng)解析的認(rèn)知盲區(qū)。針對(duì)上述問(wèn)題，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院黃霞教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合北京林業(yè)大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)，系統(tǒng)揭示了混凝預(yù)處理中金屬殘留進(jìn)入RO系統(tǒng)后對(duì)膜污染層形成過(guò)程的持續(xù)影響及關(guān)鍵作用機(jī)制，為理解與應(yīng)對(duì)這一工程難題提供了科學(xué)依據(jù)。
研究顯示，在相同運(yùn)行工況下，采用混凝預(yù)處理的系統(tǒng)均表現(xiàn)出更快的通量衰減趨勢(shì)，其中鐵鹽混凝工況的通量下降最為顯著（圖1）。這表明，混凝預(yù)處理除改善水質(zhì)之外，還可能通過(guò)其他機(jī)制顯著影響膜污染行為。
圖1.混凝預(yù)處理?xiàng)l件下的RO膜污染特征與運(yùn)行表現(xiàn)
在各混凝預(yù)處理?xiàng)l件下，RO膜污染層中無(wú)機(jī)元素、有機(jī)組分及生物相關(guān)特征呈現(xiàn)出明顯不同的演化模式（圖2）。研究發(fā)現(xiàn)，在鐵鹽混凝條件下，鐵元素在膜表面持續(xù)富集，并伴隨有機(jī)和生物相關(guān)組分的顯著積累，表現(xiàn)出多種污染類(lèi)型協(xié)同增強(qiáng)的特征；相比之下，鋁鹽混凝條件下污染層以無(wú)機(jī)沉積為主，而無(wú)混凝工況的污染組成變化相對(duì)單一。不同混凝條件通過(guò)改變各類(lèi)污染之間的相互作用，驅(qū)動(dòng)形成差異化的污染模式。
圖2.RO膜污染層組成及其動(dòng)態(tài)演化特征
研究進(jìn)一步揭示了殘余混凝劑影響膜污染的微生物代謝調(diào)控機(jī)制（圖3）。在鐵富集條件下，微生物代謝活動(dòng)增強(qiáng)并促進(jìn)胞外聚合物分泌，加速生物膜和復(fù)合污染層的形成；而在鋁鹽工況中，微生物代謝受到抑制，污染演化路徑顯著不同。這表明，混凝劑殘留可通過(guò)調(diào)控微生物代謝過(guò)程，深度介入并引導(dǎo)RO膜污染的形成路徑。
圖3.殘余混凝劑介導(dǎo)的微生物代謝調(diào)控機(jī)制
研究闡明，混凝預(yù)處理對(duì)RO膜污染的影響具有明顯的過(guò)程性與系統(tǒng)性特征。其作用遠(yuǎn)非僅通過(guò)進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)即可判定，混凝劑殘留會(huì)在膜系統(tǒng)內(nèi)持續(xù)作用，使膜污染演變?yōu)橐粋€(gè)貫穿預(yù)處理與膜單元的耦合動(dòng)態(tài)過(guò)程。這一發(fā)現(xiàn)為從系統(tǒng)運(yùn)行層面深入理解膜污染的形成與控制提供了新視角，也為預(yù)處理工藝的工程設(shè)計(jì)與運(yùn)行優(yōu)化提供了重要科學(xué)依據(jù)。
研究成果以“混凝預(yù)處理會(huì)加劇反滲透膜污染”（Coagulation pretreatment could deteriorate reverse osmosis membrane fouling）為題，于3月19日發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）。
清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授黃霞、北京林業(yè)大學(xué)教授梁帥和中國(guó)科學(xué)院大學(xué)教授肖康為論文共同通訊作者，環(huán)境學(xué)院博士后丁昊杰為論文第一作者。論文合作者包括清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院2022屆博士畢業(yè)生林煒琛、2023屆博士畢業(yè)生李宇舫、博士后陳超，北京林業(yè)大學(xué)2024屆碩士畢業(yè)生高若楠，以及中國(guó)華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院工程師李業(yè)。研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、北京市杰出青年科學(xué)基金、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金和華能集團(tuán)科技研發(fā)項(xiàng)目等的資助。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1038/s41467-026-70892-4
供稿：環(huán)境學(xué)院
圖片設(shè)計(jì)：李秦圩
編輯：李華山
審核：郭玲
