3月19日，大連理工大學(xué)環(huán)境學(xué)院張捍民教授在《自然》子刊《自然-通訊》（Nature Communications）上在線發(fā)表了題為“動態(tài)反向擴(kuò)散氯離子驅(qū)動一體化污泥調(diào)理和脫水”（Dynamic reverse Cl- driven integration of sludge conditioning and dewatering）的研究論文，提出了一種新型原位紫外/電氧化（UV/E-Cl）輔助正向滲透（FO）工藝，用于在活性污泥脫水過程中針對性控制凝膠狀膜污染。

在中國，活性污泥（WAS）作為生物廢水處理過程中不可避免的副產(chǎn)品，其年產(chǎn)量已增長至約6000萬噸，且含水率超過95%。這一現(xiàn)象引發(fā)了對其所需土地占用面積及相關(guān)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的深切關(guān)注。脫水通常是低碳處置及后續(xù)WAS管理的第一步。與傳統(tǒng)脫水方法相比，正向滲透（FO）因其相對較低的能耗、更好的出水質(zhì)量以及優(yōu)異的水通量穩(wěn)定性，在脫水應(yīng)用中展現(xiàn)出顯著潛力。然而，F(xiàn)O脫水效率不可避免地受到膜污染的限制，尤其是由WAS中具有高水合膠體特性的胞外聚合物（EPS）引起的凝膠污染。研究表明，EPS中的蛋白質(zhì)和多糖是凝膠層形成的關(guān)鍵因素，這歸因于它們通過特定的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)機(jī)械捕獲間隙結(jié)合水，并通過豐富的親水位點(diǎn)（基于偶極-偶極或離子-偶極相互作用）吸附界面結(jié)合水的能力。盡管已探索了諸如超聲波、膜改性和化學(xué)添加劑等策略以減輕WAS脫水過程中FO膜的污染，但無疑這些方法存在工藝復(fù)雜性、連續(xù)性差以及較高的運(yùn)行成本等問題。此外，由于這些技術(shù)對蛋白質(zhì)和多糖的非特異性靶向作用，其效率可能不如預(yù)期。

凝膠污染是廢活性污泥（WAS）正向滲透（FO）脫水過程中的主要限速因素。本研究提出了一種新型FO系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過動態(tài)反向氯離子（Cl−）輔助驅(qū)動的原位紫外/電氧化（UV/E-Cl），實(shí)現(xiàn)WAS的同時(shí)調(diào)理和脫水。該系統(tǒng)表現(xiàn)出優(yōu)異的過濾性能，水通量達(dá)到對照組的614%，過濾阻力降低了數(shù)個數(shù)量級，這主要?dú)w因于對胞外聚合物（EPS）中蛋白質(zhì)和多糖組分的針對性破壞。密度泛函理論（DFT）模擬表明，蛋白質(zhì)與多糖的相互作用傾向于特定的線性構(gòu)型，從而驅(qū)動交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的形成。界面熱力學(xué)分析顯示，UV/E-Cl通過切斷交聯(lián)，使污染物在膜表面的粘附能降低了97.51%。至關(guān)重要的是，本研究提供了定量熱力學(xué)證據(jù)，表明網(wǎng)絡(luò)孔隙周圍水分子狀態(tài)從結(jié)合水向自由水的轉(zhuǎn)變主導(dǎo)了凝膠污染的緩解，化學(xué)勢變化占過濾阻力的90.71%。

內(nèi)容來源：大連理工大學(xué)新聞網(wǎng)

排版編輯：王樂童

審核校對：崔凱浩 農(nóng)雅蘭