OARO-RO耦合膜系统同步回收废水中NH4+-N与高纯水的效能评估与机理研究

本综述系统评估了渗透辅助反渗透（OARO）与反渗透（RO）耦合系统在工业废水中同步回收铵态氮（NH4+-N）和高纯度水的技术路径。研究通过多阶段构型优化、温度调控及膜污染控制策略，揭示了系统在高效资源回收领域的应用潜力，为废水处理绿色低碳转型提供了创新解决方案。

　　

Highlight

研究亮点：通过多阶段OARO-RO系统实现废水铵氮资源化与高纯水同步回收，揭示温度与膜结垢对能效的调控机制，为低碳水处理提供技术范式。

Conclusions

结论

本研究对用于从工业废水中同步回收铵态氮（NH₄⁺-N）和高纯度水的OARO-RO耦合系统进行了评估，主要发现如下：

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  （1）通过模型溶液系统研究了OARO级数、RO级数和温度的影响。将OARO级数从3级增加到5级时，总氮（T-N）回收率从49.7%提高至54.8%。然而，进一步增加至6级反而导致T-N回收率下降（41.9%），这是由于净驱动压力降低所致。
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  （2）尽管存在渗透压升高和浓差极化效应，增加RO级数持续改善了水和T-N的回收率。
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  （3）系统在24°C时实现了最高回收效率，而在30°C时性能下降，这凸显了系统复杂的热敏感性。
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  （4）在实际废水处理中，膜结垢（主要成分为CaCO₃和SiO₂）被限制在中空纤维膜的滞流区。即使在加速结垢条件下（钙浓度提高50倍，硅浓度提高10倍），柠檬酸清洗也能有效恢复膜性能，证明了系统的化学耐受性和可重复使用性。
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  （5）技术经济分析表明，在高浓度铵条件（≥3.0 g/L）下，水的比能耗为9.24 kWh·m^-3，T-N回收的比能耗为5.17 kWh·kg^-1-N，运营成本为1.75 USD·m^-3。若考虑净化水和浓缩NH₄⁺-N溶液的潜在价值，则净收益可达0.402 USD·m^-3。这些发现表明，OARO-RO系统有潜力成为从难处理废水中回收T-N和水的可持续、高能效解决方案。