膜蒸馏技术协同预处理强化垃圾渗滤液纳滤浓液处理的抗污染与抗润湿机制研究

针对垃圾渗滤液纳滤浓液（NF brine）处理中膜污染与润湿难题，研究人员通过对比原始PTFE/PVDF膜与亲水（PVA-PAA/PTFE）、疏水（Teflon/PVDF）改性复合膜性能，结合混凝-加热/过滤预处理，显著降低腐殖酸类物质浓度（3D-EEM荧光强度Ex/Em=350/440 nm）。改性膜表现出优异抗污性（PVA-PAA/PTFE膜通量仅下降14.5%，COD和氨氮去除率达97%和99.9%），为垃圾渗滤液高效稳定处理提供新策略。

　　

垃圾渗滤液（Landfill Leachate, LFL）是城市固体废物填埋过程中产生的复杂高浓度污染物液体，含有大量有机物、氨氮和重金属，直接排放会严重污染环境。当前主流处理技术纳滤（NF）和反渗透（RO）虽能浓缩污染物，但会产生更难处理的浓液（NF brine），其中高浓度Ca²⁺、Mg²⁺和腐殖酸类物质易引发膜污染与润湿，制约膜蒸馏（MD）技术的实际应用。

为解决这一难题，中国石化集团资助的研究团队在《Journal of Membrane Science》发表论文，系统考察了预处理工艺与膜改性对直接接触式膜蒸馏（DCMD）处理NF brine的协同优化效果。研究通过对比原始疏水膜（PTFE/PVDF）与亲水改性（PVA-PAA/PTFE）、疏水改性（Teflon/PVDF）复合膜的性能差异，结合混凝-加热/过滤预处理，揭示了膜抗污染与抗润湿的关键机制。

关键技术方法包括：采用3D-EEM荧光光谱分析预处理前后腐殖酸类物质变化；通过DCMD实验测定膜通量、渗透液电导率（<3 μS·cm^-1）及污染物截留率（COD、氨氮）；利用接触角测量和表面能分析评估膜改性效果。

性能比较：原始膜与改性膜在DCMD中的表现
原始PTFE膜处理未预处理NF brine时，通量随浓缩倍数上升显著下降，电导率在浓缩因子1.3时骤增，表明严重膜润湿。而经预处理后，PVA-PAA/PTFE复合膜通量仅下降14.5%，电导率稳定，COD和氨氮去除率分别达97%和99.9%。Teflon/PVDF疏水改性膜则表现出最优抗润湿性，通量下降仅5.4%。

预处理作用机制
混凝-加热/过滤预处理使3D-EEM光谱中Ex/Em=350/440 nm处荧光强度显著降低，证实腐殖酸类物质浓度下降。这有效缓解了膜污染，尤其对亲水改性膜效果更显著，因其表面水化层可阻隔非极性污染物吸附。

膜改性策略对比
亲水改性膜（PVA-PAA/PTFE）通过羟基/羧基形成水化层抗污，而疏水改性膜（Teflon/PVDF）依靠低表面能和高粗糙度（符合Wenzel模型）实现抗润湿。两者均优于原始膜，但适用场景不同：亲水膜适合高有机物体系，疏水膜更适合高盐环境。

结论与意义
该研究证实预处理与膜改性的协同作用可显著提升DCMD处理LFL浓液的效能。亲水/疏水复合膜设计分别从阻隔污染物吸附和增强液滴排斥角度突破技术瓶颈，为复杂废水处理提供新思路。实际应用中可根据水质特性选择改性策略：对于富含腐殖酸的NF brine，亲水改性结合预处理可实现97% COD去除率；而高盐场景下疏水改性膜通量稳定性更优。这一成果对推动膜蒸馏技术工业化应用具有重要指导价值。