中国研究团队成功应用UV/E-Cl技术缓解膜凝胶污染，在废水处理领域取得了突破性进展。该研究成果近期发表于……自然通讯重点介绍了一种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
该研究表明，UV/E-Cl技术的应用显著提高了脱水实验中的水通量，其通量分别达到E-Cl系统的138%、UV系统的239%和对照组的198%。这表明UV/E-Cl技术能够有效破坏膜污染结构，从而提高脱水性能。研究人员利用SA-BSA模型系统模拟了复杂的胞外聚合物（EPS）行为，并证实了蛋白质和多糖在废水污泥（WAS）脱水过程中的重要作用。
从分子层面深入了解污垢形成机制
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。通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析和密度泛函理论（DFT）模拟，研究人员识别出三种分子结合模式，表明线性构象具有很强的亲和力，有利于聚合物交联。这些发现从分子层面解释了紫外/电化学氯（UV/E-Cl）如何破坏这些相互作用，从而导致粘度降低、絮体尺寸增大和水释放增强。
氯自由基在抑制污垢中的协同作用
进一步分析表明，氯自由基（Cl•）在牛血清白蛋白（BSA）和水杨酸（SA）的降解过程中起主导作用，其对降解的贡献率超过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，证实了紫外/电致氯（UV/E-Cl）在分解膜污染物方面的有效性。该过程不仅将SA-BSA结构分解成更小的颗粒，而且显著降低了它们的粘度和水合能力，从而削弱了凝胶状的污染层。
热力学见解：水的存在状态是关键因素
该研究进一步探索了膜污染的热力学机制，证实水的存在状态（而非传统的孔隙率或渗透率因素）主导着凝胶污染行为。热重分析表明，对照组污染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。这种变化使得水更容易释放，最终降低了过滤阻力并提高了过滤效率。
迈向实际应用
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、紫外光强度和处理时间，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）结合使用，以进一步提高自由基的生成量并提升处理效率。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
虽然本研究采用的是WAS（剩余活性污泥），但其发现具有超越废水处理领域的深远意义。认识到水体存在状态是缓解膜污染的主要因素，这一发现对不同的膜处理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开发更高效、更可持续的过滤技术铺平了道路。
随着全球对高效废水处理的需求日益增长，UV/E-Cl技术为提高膜寿命、降低运行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项创新技术的应用规模，废水处理的未来前景将更加高效和可持续。
更多详情请参阅发表在《自然通讯》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