一支中国科研团队在废水处理领域取得了突破性进展，成功应用UV/E-Cl技术缓解膜凝胶污染。这项研究最近发表在《自然通讯》，强调了提高废水处理过程中脱水效率和膜过滤性能的新方法。
提高脱水效率
研究表明，在脱水实验中，UV/E-Cl 的应用显著提高了水通量，通量分别达到 E-Cl 系统的 138%、UV 系统的 239% 和对照组的 198%。这表明 UV/E-Cl 能够有效破坏膜污染结构，从而提高脱水性能。通过利用 SA-BSA 模型系统，研究人员能够模拟复杂的胞外聚合物 (EPS) 行为，并确认蛋白质和多糖在废水污泥 (WAS) 脱水中的相关性。
污垢机制的分子洞察
该研究深入探讨了蛋白质和多糖的分子间相互作用，揭示了氨基和羧基之间的静电桥接在膜污染中起着至关重要的作用。通过傅立叶变换红外光谱分析和密度泛函理论 (DFT) 模拟，研究人员确定了三种分子结合模式，表明线性构象对促进聚合物交联具有强烈的偏好。这些发现从分子水平上揭示了紫外/电离氯 (UV/E-Cl) 如何破坏这些相互作用，从而降低粘度、增大絮凝体尺寸并增强水的释放。
氯自由基在污垢缓解中的协同作用
进一步分析表明，氯自由基 (Cl•) 在 BSA 和 SA 的降解中起主导作用，贡献率超过 90%。研究报告显示，Cl• 与这些大分子相互作用的反应速率常数极高，这证明了 UV/E-Cl 能有效分解膜污染物。该过程不仅将 SA-BSA 结构破碎成更小的颗粒，还显著降低了它们的粘度和水合能力，从而削弱了凝胶状污垢层。
热力学洞察：水的赋存状态是关键因素
该研究进一步探究了膜污染的热力学，证实了水的存在状态（而非传统的孔隙率或渗透率因素）决定了凝胶污染行为。热重分析显示，对照组污垢层中的结合水含量接近80%，而UV/E-Cl处理将其降低至10%以下。这种转变使得水更容易释放，最终降低了过滤阻力并提高了过滤效率。
面向实际应用
基于这些令人信服的结果，研究人员建议优化反应器参数，包括电极材料、紫外线强度和处理持续时间，以提高工艺的可扩展性。该研究还提出将UV/E-Cl与其他氧化剂（例如过氧化氢）结合，以进一步促进自由基生成并提高处理效率。此外，研究人员强调了使用低浓度NaCl溶液（例如海水）实现可持续且经济高效的废水处理的潜力。
膜技术的普遍突破
虽然这项研究是使用WAS进行的，但其研究结果的意义深远，超越了废水处理的范围。认识到水的赋存状态是膜污染缓解的主要因素，对于不同的膜工艺和反应器规模都具有普遍意义。这一突破为全球水处理行业更高效、更可持续的过滤技术铺平了道路。
随着全球对高效废水管理的需求日益增长，UV/E-Cl 技术为延长膜寿命、降低运营成本和提升整体处理性能提供了一种极具前景的解决方案。随着研究人员不断改进和扩大这种创新方法的规模，废水处理的未来将更加高效和可持续。
更多详细信息，请参阅发表在《Nature Communications》上的完整研究：[https://www.nature.com/articles/s41467-025-57878-4]
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发布时间：2025年4月3日