超低压反渗透膜系统反冲洗优化的建模与实验验证及其在苦咸水处理中的应用

为解决苦咸水处理中膜污染控制难题，马来西亚大学研究人员通过耦合Hermia污染模型与动态阻力模型，优化了超低压反渗透(ULPRO)系统的反冲洗参数。实验表明延长反冲洗时间(tbn)至120秒可使通量恢复率(Fr)提升至93%，模型预测与实测数据高度吻合，为低能耗膜系统设计提供理论支撑。

　　

随着全球淡水资源的日益紧缺，苦咸水淡化技术成为解决水资源短缺的重要途径。超低压反渗透(ULPRO)膜系统因其低能耗特性，特别适合能源受限地区的分散式水处理。然而，膜污染导致的通量下降和能耗上升始终是制约其大规模应用的瓶颈。传统反冲洗策略往往依赖经验参数，缺乏对污染机理与清洗效率的系统性研究，导致膜寿命缩短和运行成本增加。

马来西亚大学(Universiti Malaya)的研究团队在《Journal of Water Process Engineering》发表的最新研究中，创新性地将Hermia污染模型与动态阻力模型耦合，建立了可量化预测反冲洗效果的数学模型。通过分析2000 ppm NaCl模拟苦咸水在不同过滤时长(t_fn=15-60分钟)和反冲洗周期(t_bn=30-120秒)下的运行数据，发现延长反冲洗时间能显著提升通量恢复率(Fr)至93%，同时证实较低通量(j_avgn)可防止致密滤饼层形成。

研究采用Vontron ULPRO膜(ULP32 8040)开展实验验证，主要技术包括：(1)构建动态阻力模型模拟阻力(R_f/R_b)变化；(2)应用Hermia模型识别主导污染机制；(3)多周期(8次)过滤-反冲洗测试评估长期稳定性。

【Enhanced backwash resistance and Harmia models】
动态阻力模型揭示：过滤阶段阻力(R_f)因滤饼沉积线性增长，反冲洗阶段阻力(R_b)按指数规律衰减。该发现与文献报道的颗粒污染物去除动力学一致。

【Impact of filtration time and backwash durations】
实验数据显示：当t_bn从30秒增至120秒时，通量恢复率(Fr)提高6个百分点；连续8次循环测试中Fr始终>89%，证明优化参数可有效抑制污染累积。

【Conclusion】
该研究不仅验证了模型对阻力变化和通量恢复的预测精度，更明确了过滤/反冲洗时长与能耗的量化关系。这些发现为ULPRO系统在偏远地区的工程化应用提供了关键参数设计依据，有望推动低能耗水处理技术的普及。

研究团队特别指出，未来工作将聚焦于实际水体中天然有机物的污染机制分析。该成果获得Universiti Malaya研究基金(IF014-2023)支持，相关模型代码已开源共享。