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膜蒸馏（Membrane Distillation, MD）已成为一种用于脱盐、废水处理和资源回收的热过程。研究人员已证明该技术具有高截盐率，但其工艺放大受到由膜污染与结垢、传热与传质限制以及组件设计挑战引起的工艺性能不稳定所影响。本文呈现的研究成果评估了膜组
膜蒸馏（Membrane Distillation, MD）已成为一种用于脱盐、废水处理和资源回收的热过程。研究人员已证明该技术具有高截盐率，但其工艺放大受到由膜污染与结垢、传热与传质限制以及组件设计挑战引起的工艺性能不稳定所影响。本文呈现的研究成果评估了膜组件设计与构型、流体动力学优化、膜污染机理理解及其在长期与间歇工艺运行中的控制。此外，研究人员还阐释了结晶集成、废水资源回收以及技术经济可行性。综合研究结果表明，组件优化、工艺操作条件优化以及结晶集成可提升MD性能稳定性与资源回收率。除结晶外，MD已显示出从厌氧消化液（anaerobic digestate）中回收营养物质的能力，暗示了该工艺的扩展方向。这些发现为MD在工业规模实施的关键要求提供了见解。
论文解读：《Membranes》特刊综述分析
研究背景与问题提出
全球淡水短缺正迅速加剧，威胁未来水资源的可获得性，工业废水未经处理排放进一步加剧了这一危机，亟需可持续资源管理的集成解决方案以推动先进膜分离工艺的发展。膜蒸馏（Membrane Distillation, MD）作为一种新兴脱盐技术，因能利用低品位热或废热、可再生能源、耐高盐度及完全截留非挥发性化合物而备受关注，近期在膜材料、组件设计和工艺优化方面的进展加速了MD从实验室向中试规模的过渡。然而，该工艺仍面临诸多科学与工程挑战，包括温度极化（Temperature Polarization, TP）与浓度极化（Concentration Polarization, CP）、膜润湿、污染与结垢、组件流体动力学、高能耗及低能效等，这些问题威胁其经济可行性。尽管相比反渗透（Reverse Osmosis, RO）等成熟技术，MD的工业实施仍处于早期阶段，但在海水、卤水及高盐废水处理上已取得相当成就。为抵消运营成本，研究已扩展至矿物结晶以实现营养物与资源回收，促进零液体排放（Zero Liquid Discharge, ZLD）。当前研究聚焦于高盐度细分领域、资源回收及混合系统，能量降低、膜耐久性、组件设计、长期运行稳定性及产水成本是MD广泛工业部署的关键战略领域。本特刊旨在呈现组件设计、工艺优化、污染控制及资源回收的最新进展，为MD及膜蒸馏结晶（Membrane Distillation Crystallization, MDCr）的工业实施铺路。
主要关键技术方法
研究人员采用了实验研究、污染分析、数值模拟（Numerical Simulation）、资源回收评估及技术经济评估（Techno-Economic Assessment, TEA）等方法。具体包括利用数值模拟考察真空膜蒸馏（Vacuum Membrane Distillation, VMD）中铝金属泡沫插入对传热的影响；评估直接接触膜蒸馏（Direct Contact Membrane Distillation, DCMD）下中空纤维膜并联与串联构型在不同流体动力学与结垢剂下的表现；开展为期120天的长期中空纤维DCMD脱盐运行以观察污染机理；对比太阳能驱动气隙膜蒸馏（Air-Gap MD）中间歇与连续运行的结垢演变；通过DCMD评估厌氧消化液中氨回收受pH与热梯度的影响；以及集成DCMD与结晶处理采出水并进行大规模TEA分析。
研究结果
2.1. 组件设计与工艺优化（Module Design and Process Optimization）
Loussif和Orfi（2025）在VMD中引入铝金属泡沫，基于数值模拟发现泡沫插入提高了传热与渗透通量并降低了温度极化，全插入构型通量最高，但增加了压降，表明需在传热与水力阻力间权衡。Nthunya和Mamba（2025）评估了DCMD中空纤维膜的并联与串联构型，两者均达99%截盐率且渗透液水质低于12 μm cm?1，并联构型长期稳定性更优且减少了CP与TP效应，串联则更早出现过饱和与结晶，适用于MDCr。研究表明组件架构主导传输机制与运行稳定性，传热增强依赖金属泡沫，而CP速率与结晶起始取决于连接方式，传输效率提升与污染控制依赖于工艺组件设计。
2.2. 膜污染与结垢（Membrane Fouling and Scaling）
Cho等人（2025）在120天长期中空纤维DCMD脱盐中发现膜主要受碳酸钙（CaCO3）污染，硅、铁氧化物及有机物沉积加剧污染，污染具空间分布特征，进料口与内模块因过饱和与结垢沉积导致的TP和CP而沉积强烈，建议流体动力学优化以最小化局部污染。Morales等人（2026）对比太阳能气隙MD连续与间歇运行，间歇运行因启停导致成核结晶加剧，CaCO3沉积造成更高程度结垢，去离子水清洗保存后出现更大体积与高覆盖率的结垢，这些挑战影响渗透水质、稳定通量及矿产资源回收。
2.3. MD在资源回收中的应用（MD Applications for Resource Recovery）
Rivera等人（2025）通过DCMD从厌氧消化液回收氨（NH3），pH与热梯度影响回收率，pH 12与等温条件下实现完全NH3回收，摩尔通量1.84 mol TAN m?2 h?1，而pH 8.2时为36%与0.63 mol TAN m?2 h?1，展现了MD联产高纯水与肥料前体氨的废物流增值能力。Fernandez等人（2025）将DCMD与结晶集成处理采出水，直接接触膜蒸馏结晶（Direct-Contact Membrane Distillation Crystallization, DCMDCr）达98%水回收率，结晶出氯化钠（NaCl）与CaCO3，回收盐组成为91% NaCl与<5% CaCO3，对500,000加仑/天的DCMDCr进行TEA显示副产品回收与废热利用提升了经济可行性。这些研究代表了MD在支持ZLD与循环经济中的水回用及矿物回收扩展。
讨论总结与研究结论翻译
报道的研究提出了MD系统中若干新兴主题，包括管理流体动力学条件以提升性能，维持稳定性的策略含组件连接构型、可控流态分布及传热传质优化。研究确认膜污染与结垢是工业化部署的主要障碍，长期与间歇运行显示高温进料加剧过饱和与结垢诱导的晶体形成。矿物结晶在资源回收中至关重要，可抵消高运营成本，研究证明了从废流中回收NH3、NaCl与CaCO3并产高纯水。工业化前需深入技术经济考量以确保实验室向工业过渡，推荐工艺验证、性能优化及评估耐久性、能耗与详细经济可行性以保障可持续部署。
结论部分翻译如下：本特刊发表的文章展示了MD在脱盐、废水处理及资源回收方面的进展。MD的广泛应用通过组件设计、工艺优化、污染评估及矿物回收等方面的进步得以体现，确保了零液体排放。这些报道的发现展示了MD朝向可持续发展的逐步进展，这对解决全球水资源问题、高运行能源需求及资源回收具有关键意义。
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