《Desalination and Water Treatment》：Assessment of fate of contaminants of emerging concern in forward osmosis-reverse osmosis-anaerobic digestion hybrid: A literature-based approach
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不断增长的水需求加速了对海水（SW）淡化和水回用的关注。正向渗透（FO）能够实现海水的渗透稀释，从而用于低能耗反渗透（RO），同时预浓缩废水（WW）以用于厌氧消化（AD），从而形成一个集成式FO–RO–AD混合系统，用于水回用和资源回收。了解新兴关注污染物（C
不断增长的水需求加速了对海水（SW）淡化和水回用的关注。正向渗透（FO）能够实现海水的渗透稀释，从而用于低能耗反渗透（RO），同时预浓缩废水（WW）以用于厌氧消化（AD），从而形成一个集成式FO–RO–AD混合系统，用于水回用和资源回收。了解新兴关注污染物（CECs）的归趋至关重要，因为其在WW和SW中的检出日益增多。现有研究较为分散，且主要集中于单一单元工艺，缺乏系统层面理解污染物在相互连接屏障间的动态变化。本研究提出一个基于文献驱动的评估框架，用于评估FO–RO–AD混合系统中CECs的分配与归趋。该模型整合了19种常用化合物的文献衍生排斥/去除数据，并采用环境相关CECs浓度评估基线情景和敏感性情景下的归趋。FO和RO对CECs具有高排斥性；在FO–RO混合系统中，两层致密膜提供了强大屏障，确保安全水回用。通过AD阶段仍持留的化合物保留在处理后的浓缩WW中，需要适当管理。敏感性分析表明，FO回收率和WW:SW比率主导AD出水中污染物水平，而RO产水保持稳定。通过与独立SWRO淡化及常规AD–RO水回用工艺的比较，评估FO–RO–AD混合系统的性能，对比不同处理配置对产水和侧流中CECs分配的影响。
### 论文解读：基于文献的FO–RO–AD混合系统中新兴关注污染物归趋评估
#### 研究背景、现存问题及研究目的
全球日益增长的水需求促使海水（SW）淡化和水回用成为水管理的关键组成部分。联合国2030议程将水回用和淡化列为实现可持续发展目标6（SDG6）的重要途径。然而，传统海水反渗透（SWRO）淡化存在能耗高（3.5–4.5 kWh/m3）、高盐卤水排放影响海洋生态等局限性。另一方面，水回用技术虽然能生产高质量再生水，但其能耗（1.2–2.1 kWh/m3）和微量污染物去除仍面临挑战。传统上，SW淡化和水回用被作为独立策略运行，但正向渗透（FO）技术通过利用两股水流间的盐度差，有望将两者结合。FO–RO–AD混合系统（FO进行海水渗透稀释以降低RO能耗，同时预浓缩废水（WW）用于厌氧消化产甲烷）能够同时实现水回用和资源回收。然而，新兴关注污染物（CECs，包括药物、内分泌干扰物、全氟和多氟烷基物质（PFAS）及微塑料等）在WW和SW中广泛存在，其归趋在集成系统层面尚不清晰。现有研究分散于单一单元（如FO、RO或AD），缺乏系统级认知。本研究的目标是：构建一个基于文献的评估框架，量化FO–RO–AD混合系统中CECs的分配与归趋，并通过敏感性分析和与传统配置的比较，揭示系统级污染物动态。
#### 研究内容与结论
研究人员通过整合128篇以上同行评审研究数据，筛选出19种常见CECs（包括10种痕量有机物、8种PFAS和微塑料），收集其FO/RO排斥率、AD去除率以及环境浓度数据，建立Excel稳态质量平衡模型。基线条件下，FO回收率设为90%、WW:SW体积流量比为80:20、RO回收率80%。模型模拟了CECs在WW线和SW线的迁移路径。结论包括：（1）FO和RO对CECs具有高排斥性（>87–100%），形成强效双重屏障，实现安全水回用；（2）WW经FO浓缩后，AD对易生物降解化合物去除效率高，但对顽固CECs（如PFAS、卡马西平、微塑料）去除有限，导致处理后的浓缩WW（AD出水）虽体积小但污染物浓度高；（3）SW经FO渗透稀释后进入RO，RO产水中CECs浓度极低（亚ng/L级），而残留CECs浓缩至RO浓水；（4）敏感性分析表明，FO回收率和WW:SW比显著影响AD出水浓度，但RO产水质量保持稳健；（5）与独立SWRO淡化和AD–RO水回用相比，FO–RO–AD混合系统在产水和RO浓水中均达到最低CECs浓度，但混合系统中AD出水含有最高CECs负荷，需专门管理。该研究发表于《Desalination and Water Treatment》。
#### 主要关键的技术方法
研究人员采用基于文献驱动的稳态质量平衡建模方法，整合FO、RO和AD的文献衍生排斥/去除数据（来自128项以上研究）与WW和SW中CECs环境发生数据（最小、平均、最大浓度），构建Excel模拟框架。模型忽略化学相互作用、膜污染及AD中负去除现象，假设稳态运行。敏感性分析考虑FO回收率（80%、90%、95%）、WW:SW比（70:30、80:20、90:10）、WW中CECs浓度变化以及FO位置（前置或后置AD）。对比分析包括独立SWRO、AD–RO水回用与FO–RO–AD混合系统三种配置，均以产水流量3680 m3/h为统一功能单元。
#### 研究结果
**3.1 文献中WW和SW常见CECs浓度**
研究人员汇编了19种CECs在WW和SW中的浓度范围（表1），WW中浓度普遍远高于SW，但SW中也存在背景污染（如双氯芬酸、全氟辛烷磺酸等）。
**3.2 FO–RO–AD混合系统中各屏障的单独性能**
- **3.2.1 FO对CECs的排斥行为**：FO膜通过空间位阻和静电排斥实现高排斥。例如，阴离子化合物布洛芬（IBU）达到98.53%排斥，而阳离子化合物美托洛尔（MTP）仅91.10%。PFAS因大分子量和强负电性获得最高排斥率。微塑料因尺寸远超膜孔假设完全排斥。
- **3.2.2 RO对CECs的排斥行为**：RO致密带负电活性层对所有CECs提供高排斥（>87–100%）。带负电痕量有机物（如IBU、萘普生）排斥约95–97%，中性亲水小分子对乙酰氨基酚（APAP）最低约83%，PFAS和微塑料均>98%和96%。
- **3.2.3 AD对CECs的去除行为**：AD去除呈现高度化合物特异性，通过生物降解和污泥吸附实现。难生物降解化合物如卡马西平（CBZ）仅11.68%去除，而APAP接近完全去除。PFAS因C-F键稳定几乎不受厌氧生物转化影响，微塑料去除（33%）仅靠物理截留。
**3.3 基线情景**
- **3.3.1 WW线CECs动态**：FO以90%回收率浓缩WW，CECs浓度提升9.2–10倍。AD对易降解化合物去除彻底，但顽固CECs保留在AD出水（处理浓缩WW）中，浓度高于原WW但体积大幅减小，需下游管理（如高级氧化、吸附）。同时浓缩过程富集氮磷，利于后续资源回收。
- **3.3.2 SW线CECs动态**：FO渗透稀释降低RO进料中CECs浓度，但部分高浓度WW标记物（如IBU、APAP、MTP）因正向溶质通量导致浓度增加。RO产水实现近完全去除，痕量有机物降至亚ng/L，PFAS降至6.7×10??至6.3×10?2 ng/L，微塑料约70 ng/L。
**3.4 敏感性分析**
- **3.4.1 FO回收率变化**：增加FO回收率（80%→95%）显著提升AD出水中CECs浓度（因体积减少），但对RO线影响可忽略。
- **3.4.2 WW:SW比变化**：提高WW比例（70:30→90:10）线性增加AD出水的CECs质量负荷；RO浓水中多数污染物浓度略降，但高浓度WW标记物（IBU等）因溶质通量增加而微升；RO产水极低且稳定。
- **3.4.3 WW中CECs浓度变化**：AD出水浓度与WW输入严格线性相关；RO产水响应显著衰减（如APAP的569倍增加仅导致187倍产水增加），体现多屏障缓冲。
- **3.4.4 FO位置影响**：将AD置于FO前（先AD后FO）降低FO浓缩液中生物降解化合物浓度（如APAP从150,701降至1,507 ng/L），同时RO产水相应降低，但AD处理稀释WW会降低有机负荷率，不利于厌氧产甲烷。
**3.5 独立方案与集成方案的对比分析**
以产水流量3,680 m3/h为基准，比较SWRO、FO–RO–AD及AD–RO三种配置的RO产水质量。FO–RO–AD混合系统在产水中CECs残余浓度最低，归因于双重致密膜排斥和渗透稀释效应；AD–RO配置因AD去除有限导致RO进料负荷高，产水浓度最高；SWRO居中间。所有配置均满足欧盟和美国EPA饮用水标准（表2）。侧流对比显示：FO–RO–AD的RO浓水因渗透稀释浓度最低，而AD出水浓度最高，需重点管理。
**3.6 模型假设对系统性能的启示与未来研究需求**
研究人员指出膜污染会动态改变排斥行为，现有固定排斥系数可能无法代表长期性能；AD效率受盐度抑制，需量化高盐条件下CECs厌氧降解动力学；母体化合物可能转化为中间产物，需纳入转化路径；MPs的尺寸和形态依赖性需细化；文献数据变异性需通过中试验证。
#### 结论（翻译自Section 4）
了解CECs的归趋对于设计安全、可持续的水回用系统至关重要，因为它有助于风险管理、法规合规以及针对持久性污染物的定向去除策略。本研究提出了一个关于集成FO–RO–AD混合系统中CECs归趋的系统级建模研究。分析揭示了系统中不同的污染物轨迹：
- 在WW侧，FO排斥>94–100%的大多数CECs；然而，浓缩步骤提高了持久性化合物浓度，且AD有限的去除使得顽固物种（如PFAS、CBZ、MPs）保留在AD出水中（处理的浓缩液），体积虽小但浓度高于原WW。
- 在SW侧，渗透稀释结合RO的高排斥（>87–100%）确保了产水中近完全去除，而残留CECs浓缩于浓水侧流。
- 敏感性分析确认，操作变化（尤其是FO回收率和WW:SW比）对AD出水影响远大于RO线，而产水质量保持稳健。
- 与独立SWRO和AD–RO水回用工艺的对比分析表明，FO–RO–AD混合系统在产水和RO浓水中持续实现最低CECs浓度，SWRO产生中等水平，而AD–RO展现出两股水流中最高的浓度。然而，混合配置中的AD出水含有最高的CECs负荷，需要适当的处理途径。
