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为解决传统氨处理方法难以满足绿色化工和碳中和需求的问题，研究人员对液 - 液膜接触器（LLMC）和气 - 液膜接触器（GLMC）回收氨展开研究。发现 LLMC 适合高浓度氨废水，GLMC 适合低浓度，为氨回收系统设计提供指导。
氨污染如同无形的环境杀手，不仅会造成水体富营养化，催生 PM2.5 前体物，还会导致生物多样性锐减。传统的氨处理方法，如空气吹脱法、生物脱氮法和化学沉淀法等，虽在一定程度上发挥了作用，但在绿色化工和碳中和的时代浪潮下，逐渐显露出局限性，难以满足可持续发展的需求。开发高效、低能耗的氨回收技术，成为环保领域亟待攻克的难题。
在这样的背景下，国内研究人员针对膜接触器在氨回收中的应用展开了深入研究。他们将目光聚焦于液 - 液膜接触器（LLMC）和气 - 液膜接触器（GLMC），这两种技术凭借低能耗、高比表面积、优异的传质效率以及良好的热化学稳定性，展现出广阔的应用前景。然而，二者在氨吸收过程中的传质阻力和操作参数敏感性等关键问题尚未明晰，制约了其在实际中的精准应用。为了填补这一知识空白，研究人员开展了系统的对比分析，相关研究成果发表在《Desalination and Water Treatment》。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：搭建了 LLMC 和 GLMC 实验系统，使用聚丙烯（PP）中空纤维膜，有效过滤面积为 3.77×10 cm2；通过调节 pH 值、流速、吸收剂浓度等操作参数，进行氨吸收实验；运用传质模型计算传质阻力，结合实验数据验证模型的有效性。
不同 pH 值下的氨回收评估
研究发现，在 LLMC 系统中，随着 pH 值从 9 升高到 12，吸收剂中氨浓度显著增加，这是因为较高的 pH 值有利于氨分子的生成，减少壳侧边界层阻力，从而提高氨吸收速率。而 GLMC 系统中氨浓度增幅较低，表明其对 pH 值的敏感性低于 LLMC，这是由于 GLMC 的传质主要受气相和膜阻力影响。
不同流速下的氨回收评估
当进料流速从 0.1 m/s 增加到 0.2 m/s 时，LLMC 系统的氨吸收量和传质阻力仅略有变化，因为其传质主要受边界层扩散限制，流速增加虽能产生更强湍流使边界层变薄，但效果有限。而 GLMC 系统中，流速增加显著提高了氨吸收量，大幅降低传质阻力，这是因为较高流速促进了氨的挥发，增强了扩散系数。
不同吸收剂浓度下的氨回收评估
吸收剂浓度从 0.1 mol/L 增加到 0.3 mol/L 时，LLMC 和 GLMC 系统的氨浓度均略有上升，传质阻力先降低后趋于平稳。这是因为吸收剂浓度增加初期加快了化学反应速率，但超过一定阈值后，反应速率接近饱和，传质阻力不再进一步降低，表明存在浓度阈值限制氨传质效率。
LLMC 和 GLMC 系统的稳定性评估
10 小时连续测试表明，LLMC 系统的氨吸收速率和稳定性始终高于 GLMC。GLMC 系统的总传质阻力增加了 254.3%，而 LLMC 仅增加 25.5%。这是由于 GLMC 中氨分子扩散导致气相阻力增大和浓度极化效应更严重。LLMC 更适合处理高氨氮浓度（>500 mg/L）的废水进行长期运行，GLMC 则更适合低氨氮浓度（<500 mg/L）废水的间歇运行。
研究结论表明，LLMC 系统受边界层和膜阻力限制，GLMC 系统更依赖气 / 膜界面的扩散速率。操作参数如流速、pH 值和吸收剂浓度的增加有利于提高氨吸收和降低传质阻力，但存在临界阈值。LLMC 在长期运行中表现出更高的稳定性。该研究为根据废水中氨浓度选择膜接触器类型提供了重要依据，有助于推动废水处理中精准控制氨回收系统的发展。未来研究需进一步关注实际工业废水中膜润湿和污染对两种系统的影响，以完善膜接触器的应用性能。
