研究人員利用醫用透析技術處理高含鹽有機廢水，以較低的能耗和最小的污垢從有機物中高效分離出鹽分。 這種方法可提供可持續的、具成本效益的處理方法，同時實現工業部門的資源回收，該技術能以最小的稀釋度分離物質。

萊斯大學（Rice University）的研究人員與廣東工業大學（Guangdong University of Technology）合作，採用醫學領域常用的透析技術，開發出突破性的方法，用於處理高鹽度有機廢水（即含鹽量和有機物含量都很高的廢水）。

在醫學透析中，一種名為透析器的機器可以過濾腎衰竭患者血液中的廢物和多餘的液體。 血液從體內抽出，在透析器中淨化，然後通過一個單獨的針頭或管道回流。

在發表於《自然-水》的研究報告中，研究小組證明，類似的製程可以有效地從廢水中的有機化合物中分離出鹽分，而且稀釋程度極低。 這種方法克服了傳統處理方法的主要局限性，具有顯著的優勢，包括減少對環境的影響、降低營運成本以及在各行各業回收寶貴資源的潛力。

研究的通訊作者、土木與環境工程及化學與生物分子工程系南希和克林特-卡爾森教授Menachem Elimelech 說：”在我們的試驗中，透析在分離鹽類與有機物方面效果驚人。這是一個令人興奮的發現，有可能重新定義我們如何處理一些最棘手的廢水難題。

許多行業都會產生高鹽有機廢水，包括石化、製藥和紡織製造業。 由於高鹽分和高有機物含量的共同作用，這些廢水對現有的處理過程提出了嚴峻的挑戰。 生物處理和高級氧化方法往往會因鹽度升高而受到影響，從而降低其整體效果。 熱處理方法雖然在技術上可行，但能耗高，易受腐蝕、堵塞和運作效率低下的影響，導致成本上升和維護複雜化。 同時，壓力驅動的膜過程（如超濾）經常會遇到嚴重的膜污垢，導致需要多個廢水稀釋步驟，從而增加了用水量和操作複雜性。

“傳統方法往往需要大量能源，而且需要反覆稀釋，”共同第一作者、萊斯大學埃利梅萊赫實驗室博士後Yuanmiaoliang”Selina”Chen說。 “透析消除了許多這些痛點，減少了耗水量和營運開銷。”

Menachem Elimelech 和Yuanmiaoliang”Selina”Chen。 圖片來源：Gustavo Raskosky/萊斯大學

研究團隊採用了台架透析實驗和綜合傳輸模型相結合的方法來評估透析在分離鹽分和有機化合物方面的表現。 研究人員首先選擇了不同截留分子量的商用超濾膜來研究鹽分傳輸和有機物剔除。 然後，他們在透析裝置中建立了一種雙邊逆流流動模式，其中包括含有高鹽度有機廢水的進料流在膜的一側通過，而淡水流則在沒有施加任何水壓的情況下在另一側流動。

研究人員隨時間追蹤鹽和水的通量，結果表明，鹽通過膜擴散到透析液中，而水的通量仍然微不足道。 他們透過比較透析前後進料中的有機物濃度來測量有機物的去除率。 為了評估防污能力，他們在延長運行時間的過程中監測膜性能的變化（如果有的話）。 研究人員進一步開發了數學模型，以加深他們對鹽和水傳輸機制的理解。

他們發現，透析可以有效去除水中的鹽分，而不需要大量的淡水。 透析過程允許鹽分進入透析液，同時將大部分有機化合物保留在原溶液中。 與使用相同膜的超濾相比，透析能更好地分離鹽分和中性有機小分子。 由於透析依靠的是擴散而不是壓力，鹽分和有機物以不同的速度穿過膜，使分離更有效。

“我們發現，透析用於廢水處理的最大優勢之一是資源回收的潛力，”Elimelech 說。 “除了簡單地處理廢水，我們還可以回收有價值的鹽分或化學品，從而促進循環經濟的發展。”

透析的另一個顯著優勢是抗污垢。 與壓力驅動系統不同，透析由於不依賴液壓，膜上的有機物積聚明顯較少。 這可以降低能耗，減少維護，減少膜的更換次數。

“透過完全放棄水壓，我們最大限度地降低了污垢風險，而污垢是膜處理的最大障礙之一，”共同通訊作者、廣東技術師範學院生態、環境與資源學院教授王章新說。 “這樣就能在較長的運轉週期內實現更穩定、更一致的性能。”

此外，雖然透析本身並不能完全淨化廢水，但它能有效降低鹽度，使其他處理方法如生物處理、高級氧化或零液體排放系統更有效率。

“透析為處理複雜的高鹽度廢水提供了一種可持續的解決方案，它可以節省淡水、降低能源成本並最大限度地減少污垢，”Elimelech 說。 “它的擴散驅動方法可以徹底改變一些最具挑戰性的工業廢水的處理方法。”

編譯自/ scitechdaily