《Desalination》：Membrane distillation for heavy-metal-contaminated river-associated streams: Application envelope, failure mechanisms, and deployment readiness
编辑推荐：
•提出了一条面向河流处理的膜蒸馏全链工业化路线图。•针对多种重金属污染的河流提出了定制化策略。•重点介绍了增强性能的新型膜材料：Janus膜、光热膜和共价有机框架（COFs）膜。•集成太阳能和分段式系统为分散式应用提供了可持续的解决方案。引言河水是一种重要的淡水资源，但其水质
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提出了一条面向河流处理的膜蒸馏全链工业化路线图。
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针对多种重金属污染的河流提出了定制化策略。
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重点介绍了增强性能的新型膜材料：Janus膜、光热膜和共价有机框架（COFs）膜。
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集成太阳能和分段式系统为分散式应用提供了可持续的解决方案。
引言
河水是一种重要的淡水资源，但其水质日益受到采矿活动、工业排放、城市径流、农业投入和遗留污染的影响[1]。重金属污染尤为值得关注，因为其持久性以及对水生生态系统和人类健康的有害影响[2]。主要河流系统中的典型重金属污染情况以及对河水质污染问题的广泛研究关注如图1所示，更多典型案例汇总于补充表S1。这些污染来源产生了成分各异的河流相关水体，其在金属形态、悬浮固体、天然有机物（NOM）、结垢潜力和水力变异性等方面存在显著差异，从而给水处理带来了不同的挑战。
传统的沉淀法、吸附法、电化学处理法、生物修复法、纳滤（NF）和反渗透（RO）为重金属污染水体提供了成熟的处理方案[4]、[5]、[6]、[7]，但它们在分离机制、处理目标、能耗需求和残余物管理要求方面各有不同。在这一技术格局中，膜蒸馏（MD）以其独特的互补角色脱颖而出，它既能回收高品质水，又能浓缩不挥发污染物，同时还可与低品位热或余热集成[8]。图2提供了这些处理技术的对比概述以及膜蒸馏研究方向的发展历程，它们的优势、局限性和经济特征在补充表S2中进行了更详细的总结。
近期的膜蒸馏研究在膜材料、模块构型、热力学、重金属去除、能量集成和规模化放大等方面提供了大量证据，但这些证据分散于海水淡化、工业废水和实验室金属溶液等不同领域[10]、[11]、[12]。膜蒸馏从一项有前景的实验室技术转变为适用于可控重金属污染水流的部署就绪方案，面临着相互关联的全链挑战。
近期的膜蒸馏综述可大致分为两组互补的研究方向。第一组侧重于膜蒸馏的基础原理与规模化放大，涵盖热力学与能耗性能、模块设计、中试验证和商业化。然而，这些综述所涉及的系统主要是海水、卤水和高盐苦咸水。第二组则探讨了膜蒸馏或其他膜技术在重金属去除方面的应用，主要通过总结膜材料、去除性能、研究趋势和废水处理中的普遍挑战。然而，这两个综述方向在很大程度上是各自独立发展的：前者在膜蒸馏的规模化与部署方面提供了重要知识，但对重金属污染的河流相关水体关注有限；后者则侧重于金属去除性能，未系统地将河水质特征和金属形态与工艺失效、工程设计和部署要求联系起来。因此，目前仍缺乏一个将河流相关进料条件和重金属行为与膜蒸馏性能、工程决策和实际部署联系起来的综述框架。与代表性先前综述的详细对比见补充表S3。
据此，本综述为膜蒸馏处理重金属污染的河流相关水流建立了一个基于情景的应用包络与部署就绪评估框架。该综述并非主要依据报道的金属截留率或孤立的膜/工艺性能来评价膜蒸馏，而是将河流相关进料特征和金属形态与失效机制、工程响应、应用边界以及规模化与部署所需证据联系起来。
本综述围绕一个核心部署问题展开：在何种进料条件、热源可用性和浓缩液管理需求下，膜蒸馏在技术和经济上均适合用于处理重金属污染的河流相关水体（图1c）？河流基质特征和金属形态被转化为应用边界，并据此对预处理、膜和模块适应性、能量集成、透过液验证、浓缩液管理以及基于技术就绪度（TRL）/商业就绪度（CRL）的验证要求进行协调决策。
各节摘要
原理
膜蒸馏是一种以热为驱动力的分离过程，以微孔疏水膜作为选择性屏障，通常根据进料组成、膜特性和模块构型，在约40–80 °C的进料温度下运行。如图3a所示，质量传递的驱动力是膜两侧的水蒸气分压差，该压差通过在加热进料侧和
评估膜蒸馏在河流相关水流中的性能：从进料原型到应用包络
膜蒸馏在重金属污染的河流相关水流中的有效应用取决于进料基质、金属形态、操作条件和膜/模块特性的耦合作用。本节首先确定具有代表性的进料原型及其主导工艺约束，然后使用基质和物种特异性标准评估膜蒸馏性能，最后定义膜蒸馏相对于竞争处理技术的应用包络。
面向稳定可扩展膜蒸馏运行的工程优化与系统集成
基于第3节中定义的应用包络，本节聚焦于实现重金属污染河流相关水流稳定、可扩展膜蒸馏运行所需的协调工程策略。如图7所示，该框架将代表性工艺挑战与针对性的预处理、膜/界面工程、模块与水力设计以及系统集成与部署控制联系起来，提供了一条全链工程指南和
未来展望
推动膜蒸馏从实验室研究迈向选定重金属污染河流相关水流的现场相关部署，需要从孤立的性能提升转向面向应用开发的系统开发：
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面向特定情景的膜蒸馏系统设计：未来的膜蒸馏系统应从通用性能优化转向面向水质基质特异性构型的设计。预处理、膜特性、模块设计和操作条件应根据
结论
本综述为膜蒸馏处理重金属污染的河流相关水流建立了一个基于情景的应用包络与部署就绪评估框架。主要结论如下：
- (1)
膜蒸馏最适合于水力可控的河流相关水流，即水回收、污染物浓缩和残余液减量能够带来综合工艺价值的场景，特别是当低品位热或余热可用时。相比之下，它通常不适用于
CRediT作者贡献声明
朱晓璇（Xiaoxuan Zhu）：撰写–综述与编辑、撰写–原稿、软件、方法论、调查、形式化分析、数据整理、概念化。郝振涵（Zhenhan Hao）：撰写–综述与编辑、撰写–原稿、可视化、验证、软件、方法论、形式化分析、数据整理。雷力（Li Lei）：撰写–综述与编辑、监督指导、资源获取、项目管理、调查。付秀莉（Xiuli Fu）：撰写–综述与编辑、监督指导、资源获取、项目管理，
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在本研究的准备过程中，作者使用了人工智能工具以改善语言表达并从稿件的思想中获得灵感。在使用该工具后，作者根据需要对内容进行了审阅和编辑，并对出版物的全部内容承担全部责任。
利益冲突声明
作者声明不存在已知的竞争性经济利益关系或可能影响本文所报告工作的个人关系。
致谢
本研究获得了山东省自然科学基金（资助编号：ZR2024QE144）、济南大学科技计划项目（资助编号：XBS2423）、中国博士后科学基金会（资助编号：2025M780584）以及山东省高校青年创新团队发展计划（资助编号：TJY2504）的资助。
朱晓璇|郝振涵|雷力|付秀莉|吕洋|王小哲|王鹏|宋壮|赵东|韩继田|姜中毅
