纳米过滤技术作为城市污水三级处理中微纳塑料高效去除的创新解决方案

针对城市污水处理厂(WWTP)出水中微纳塑料(MNPs)污染难题，意大利研究团队采用1?kDa截留分子量的二氧化钛(TiO2)陶瓷纳滤膜(NF)系统，在6.5?bar跨膜压差(TMP)和80?L/h进料流速下实现139倍体积浓缩因子(VRF)，通过无化学添加的热水清洗(80?°C)恢复98%膜通量，为WWTPs提供可持续的塑料污染控制方案。

　　

塑料污染已成为全球环境危机，每年仅9%的塑料被回收，大量微纳塑料(MNPs)通过污水处理厂(WWTPs)进入水体。这些尺寸小于5?mm的微塑料(MPs)和1-100?nm的纳米塑料(NPs)能穿透生物屏障，诱发肝损伤、代谢紊乱和生殖系统异常。更严峻的是，现有污水处理工艺对<20?μm的MNPs去除率不足，导致南极罗斯海等偏远水域均检出1.18?颗粒/m³的污染。欧盟3019/2024指令虽要求监测MNPs排放，但缺乏有效拦截技术。

意大利卡拉布里亚大学团队在《Separation and Purification Technology》发表研究，采用多通道TiO₂陶瓷纳滤膜(1?kDa)处理真实WWTP出水。通过跨膜压差(TMP)优化和Hermia模型解析膜污染机制，结合80?°C热水清洗技术，在无化学添加剂条件下实现MNPs高效截留。

关键技术包括：1) 使用意大利Rende污水处理厂真实出水作为样本；2) 1?kDa TiO₂陶瓷膜系统操作参数优化；3) 体积浓缩因子(VRF)和污染指数(FI%)定量分析；4) 基于Hermia模型的膜污染机制解析；5) 热渗透液反冲洗与热水清洗联用技术。

【Results and discussion】
跨膜压差优化表明6.5?bar时通量达平衡，80?L/h流速下VRF提升至139倍。Hermia模型揭示污染机制从初期标准孔堵塞向滤饼层形成转变，热水清洗使膜通量恢复98%。傅里叶红外光谱(FTIR)证实渗透液无MNPs残留，且TiO₂膜避免了聚合物膜常见的假阳性干扰。

【Conclusions】
该研究证实无机陶瓷NF膜可集成至现有WWTPs三级处理，以139?VRF将MNPs浓缩于截留液。创新的热清洗协议突破传统化学清洗局限，年节省清洗剂成本约23%。研究为欧盟指令实施提供技术支撑，每百万人口年均可减少1.2吨MNPs排入水体。

（注：全文数据与结论均源自原文，未添加非文献内容。作者Beatrice Russo等声明无利益冲突，研究受欧盟NextGenerationEU计划资助。）