Foto vonIvan BanduraAnUnplash
Ein Team chinesischer Forscher hat einen bahnbrechenden Fortschritt bei der Abwasserbehandlung mit der erfolgreichen Anwendung der UV/E-Cl-Technologie zur Minderung der Membrangelverschmutzung gemacht. Die kürzlich veröffentlichte Studie inNaturkommunikationunterstreicht einen neuartigen Ansatz zur Verbesserung der Entwässerungseffizienz und der Membranfiltrationsleistung in Abwasserbehandlungsprozessen.
Verbesserte Entwässerungseffizienz
Die Studie zeigte, dass die Anwendung von UV/E-CL den Wasserfluss bei Entwässerungsexperimenten signifikant verbesserte, wobei Flüsse bis zu 138% des E-C-C-Systems, 239% des UV-Systems und 198% der Kontrolle erreicht wurden. Dies deutet darauf hin, dass UV/E-C-Cl effektiv die Membranverschmutzungsstrukturen stört, was zu einer verbesserten Entwässerungsleistung führt. Durch die Verwendung eines SA-BSA-Modellsystems konnten die Forscher das Verhalten des komplexen extrazellulären polymeren Substanz (EPS) simulieren und die Relevanz von Proteinen und Polysacchariden in Abwasserschlamm (Was) bestätigen.
Molekulare Einblicke in die Fouling -Mechanismen
Die Studie befasste sich mit den intermolekularen Wechselwirkungen von Proteinen und Polysacchariden und zeigt, dass die elektrostatische Überbrückung zwischen Amino- und Carboxylgruppen eine entscheidende Rolle bei der Membranverschmutzung spielt. Durch die FTIR-Spektralanalyse und Dichtefunktionstheorie (DFT) -Simulationen identifizierten Forscher drei molekulare Bindungsmodi, was auf eine starke Präferenz für lineare Konformationen hinweist, die die Vernetzung des Polymers fördern. Diese Ergebnisse liefern ein Verständnis auf Molekularebene, wie UV/E-Cl diese Wechselwirkungen stört, was zu einer verringerten Viskosität, größeren Flockengrößen und einer verbesserten Wasserfreisetzung führt.
Synergistische Rolle von CL -Radikalen bei der Verschmutzung der Minderung
Weitere Analysen zeigten, dass Chlorradikale (CL •) eine dominierende Rolle bei der Verschlechterung von BSA und SA spielen und über 90% zu ihrem Zusammenbruch beitragen. Die Studie berichtete über außergewöhnlich hohe Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten für CL • Wechselwirkungen mit diesen Makromolekülen, was die Wirksamkeit von UV/E-C-CS bei zersetzenden Membran-Foulants unterstützt. Dieser Prozess fragmentierte nicht nur die SA-BSA-Strukturen in kleinere Partikel, sondern reduzierte auch ihre Viskosität und Hydratationskapazität signifikant, wodurch die gelähnliche Verschmutzungsschicht schwächte.
Thermodynamische Erkenntnisse: Wasserauftrittszustand als Schlüsselfaktor
Die Forschung untersuchte ferner die Thermodynamik der Membranverschmutzung und bestätigte, dass Wasseraufschlüsse - gleichzeitig als herkömmliche Porositäts- oder Permeabilitätsfaktoren - Verhalten des Gelverschmutzers destionieren. Die thermogravimetrische Analyse ergab, dass der gebundene Wassergehalt in den Kontrollschichten fast 80%betrug, während die UV/E-CL-Behandlung sie auf weniger als 10%reduzierte. Diese Verschiebung ermöglichte eine leichtere Wasserfreigabe, wodurch letztendlich die Filtrationswiderstand gesenkt und die Filtrationseffizienz verbessert wurde.
Auf praktische Anwendungen
Bei diesen zwingenden Ergebnissen schlagen die Forscher vor, die Reaktorparameter, einschließlich Elektrodenmaterial, UV -Intensität und Behandlungsdauer, zu optimieren, um die Prozessskalierbarkeit zu verbessern. Die Studie schlägt auch die Integration von UV/E-CL in andere Oxidationsmittel wie Wasserstoffperoxid vor, um die radikale Erzeugung weiter zu steigern und die Behandlungseffizienz zu verbessern. Darüber hinaus betonen die Forscher das Potenzial für die Verwendung von NaCl-Lösungen mit niedrigerer Konzentration wie Meerwasser, um eine nachhaltige und kostengünstige Abwasserbehandlung zu erreichen.
Ein universeller Durchbruch in der Membrantechnologie
Während diese Studie verwendet wurde, haben ihre Ergebnisse weitreichende Auswirkungen auf die Abwasserbehandlung. Die Erkennung von Wasservorkommen als dominierender Faktor bei der Membranverschmutzung hat eine universelle Bedeutung für verschiedene Membranprozesse und Reaktorskalen. Dieser Durchbruch ebnet den Weg für effizientere und nachhaltigere Filtrationstechnologien in der weltweiten Wasseraufbereitung.
Angesichts der weltweiten Nachfrage nach effizientem Abwassermanagement präsentiert die UV/E-CL-Technologie eine vielversprechende Lösung zur Verbesserung der Langlebigkeit der Membran, zur Reduzierung der Betriebskosten und zur Verbesserung der Gesamtbehandlungsleistung. Da die Forscher diesen innovativen Ansatz weiter verfeinern und skalieren, sieht die Zukunft der Abwasserbehandlung immer effizienter und nachhaltiger aus.
Weitere Informationen finden Sie in der vollständigen Studie, die in Nature Communications veröffentlicht wurde: [https://www.nature.com/articles/s41467-025-57878-4]
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Postzeit: Apr-03-2025