反渗透与膜蒸馏耦合技术实现地下水氟化物零废液排放处理

为解决埃塞俄比亚中央裂谷地区地下水氟化物超标问题，研究人员开展RO-OMD-Cr（反渗透-渗透膜蒸馏结晶）集成工艺研究，实现氟去除率>99%、TDS去除率89-94.5%，并通过OMD-Cr系统显著减少浓缩液体积，为零液体排放（ZLD）提供创新解决方案。

　　

在埃塞俄比亚中央裂谷地区，数百万居民长期饮用氟化物超标的地下水，面临氟骨症和神经系统损伤的威胁。世界卫生组织（WHO）规定的安全限值为1.5 mgL^-1，但当地水源氟浓度高达15.7 mgL^-1，且总溶解固体（TDS）超过1000 mgL^-1。传统处理方法如沉淀法产泥量大，而单一反渗透（RO）技术虽能高效除氟，却会产生高盐度浓缩液，引发环境隐患。

针对这一挑战，比利时鲁汶大学（UCLouvain）的研究团队创新性地将RO与渗透膜蒸馏结晶（OMD-Cr）技术耦合，开发出零废液排放工艺。该成果发表于《Journal of Environmental Chemical Engineering》，通过实地采样与膜集成实验，不仅实现99%的氟去除率，更将浓缩液转化为可回收的混合氟盐，为发展中国家高氟水处理提供了可持续方案。

关键技术包括：1）采集埃塞俄比亚两处典型高氟地下水（Weyu Gabrieal和Tuche Dambel站点）；2）采用商业RO膜评估脱盐性能；3）建立OMD-Cr系统研究流速对跨膜通量的影响；4）通过结晶实验实现盐分回收。

【RO结果】
实验显示RO膜对氟化物的截留率超99%，TDS去除率达89-94.5%。值得注意的是，尽管两站点TDS差异显著（1540 vs 2890 mgL^-1），在25 bar压力下通量无统计学差异，膜平均水渗透性为3.2 Lm^-2h^-1bar^-1。

【OMD-Cr研究】
使用RO浓水进行渗透膜蒸馏时，流速增加反而导致跨膜通量随时间显著下降，整体传质系数呈现相同趋势。该系统最终将浓缩液体积减少至原始量的1/10，验证了零液体排放的可行性。

【结论】
该研究首次在非洲高氟水环境中验证RO-OMD-Cr集成工艺的实用性。通过将15.7 mgL^-1的氟浓度降至WHO安全标准，同时回收氟盐并减少90%废液，该技术兼具环境效益与经济价值。特别值得关注的是，OMD-Cr系统可直接利用RO产生的浓水作为原料，这种"以废治废"的设计理念为发展中国家水资源循环利用提供了范本。作者Esayas Alemayehu等强调，该工艺的模块化特性使其易于在偏远地区推广，未来可通过优化结晶条件进一步提升盐分回收率。