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Un team di ricercatori cinesi ha fatto un rivoluzionario progresso nel trattamento delle acque reflue con la riuscita applicazione della tecnologia UV/E-CL per mitigare il fouling di gel di membrana. Lo studio, recentemente pubblicato inComunicazioni naturali, evidenzia un nuovo approccio al miglioramento dell'efficienza della disidratazione e delle prestazioni di filtrazione della membrana nei processi di trattamento delle acque reflue.
Efficienza di disidratazione migliorata
Lo studio ha dimostrato che l'applicazione di UV/E-CL ha migliorato significativamente il flusso d'acqua negli esperimenti di disidratazione, ottenendo flussi fino al 138% del sistema E-CL, il 239% del sistema UV e il 198% del controllo. Ciò suggerisce che UV/E-CL interrompe efficacemente le strutture di incrostazione della membrana, portando a prestazioni di disidratazione migliorate. Utilizzando un sistema modello SA-BSA, i ricercatori sono stati in grado di simulare un comportamento complesso di sostanza polimerica extracellulare (EPS) e confermare la rilevanza delle proteine e dei polisaccaridi nei fanghi delle acque reflue (è) che è stato disidratante.
Intuizioni molecolari su meccanismi di fouling
Lo studio ha approfondito le interazioni intermolecolari di proteine e polisaccaridi, rivelando che il ponte elettrostatico tra gruppi aminoi e carbossilici svolge un ruolo cruciale nella fouling della membrana. Attraverso le simulazioni di analisi spettrale FTIR e teoria funzionale della densità (DFT), i ricercatori hanno identificato tre modalità di legame molecolare, indicando una forte preferenza per le conformazioni lineari che promuovono la reticolazione polimerica. Questi risultati forniscono una comprensione a livello molecolare di come UV/E-CL interrompe queste interazioni, portando a una ridotta viscosità, dimensioni del floc più grandi e a un aumento del rilascio di acqua.
Ruolo sinergico dei radicali Cl nella mitigazione dell'erlottaggio
Ulteriori analisi hanno dimostrato che i radicali di cloro (Cl •) svolgono un ruolo dominante nella degradazione di BSA e SA, contribuendo a oltre il 90% alla loro rottura. Lo studio ha riportato costanti di velocità di reazione eccezionalmente elevate per Cl • Interazioni con queste macromolecole, a sostegno dell'efficacia di UV/E-CL nei foulanti di decomposizione della membrana. Questo processo non solo ha frammentato le strutture SA-BSA in particelle più piccole, ma ha anche ridotto significativamente la loro viscosità e la capacità di idratazione, indebolendo così lo strato di incrostazione simile a un gel.
Intuizioni termodinamiche: stato di occorrenza dell'acqua come fattore chiave
La ricerca ha ulteriormente esplorato la termodinamica del fouling della membrana, confermando che gli stati di occorrenza dell'acqua - grave rispetto alla porosità convenzionale o ai fattori di permeabilità - comportamenti di incrostazione del gel di geldominate. L'analisi termogravimetrica ha rivelato che il contenuto di acqua limitato nel controllo degli strati di fallo era di quasi l'80%, mentre il trattamento UV/E-CL lo ha ridotto a meno del 10%. Questo spostamento ha consentito un facile rilascio di acqua, riducendo alla fine la resistenza alla filtrazione e migliorando l'efficienza di filtrazione.
Verso applicazioni pratiche
Con questi risultati convincenti, i ricercatori suggeriscono l'ottimizzazione dei parametri del reattore, incluso il materiale elettrodo, l'intensità UV e la durata del trattamento, per migliorare la scalabilità del processo. Lo studio propone inoltre l'integrazione di UV/E-CL con altri ossidanti, come il perossido di idrogeno, per aumentare ulteriormente la generazione radicale e migliorare l'efficienza del trattamento. Inoltre, i ricercatori sottolineano il potenziale per l'utilizzo di soluzioni NaCl a bassa concentrazione, come l'acqua di mare, per raggiungere un trattamento delle acque reflue sostenibili ed economiche.
Una svolta universale nella tecnologia della membrana
Mentre questo studio è stato condotto usando, i suoi risultati hanno implicazioni di vasta portata oltre il trattamento delle acque reflue. Il riconoscimento degli Stati Uniti afferma come il fattore dominante nella mitigazione dell'ottimolo di membrana contiene un significato universale attraverso diversi processi di membrana e scale del reattore. Questo rilievo apre la strada a tecnologie di filtrazione più efficienti e sostenibili nei settori del trattamento delle acque in tutto il mondo.
Con l'aumento della domanda globale di efficiente gestione delle acque reflue, la tecnologia UV/E-CL presenta una soluzione promettente per migliorare la longevità della membrana, ridurre i costi operativi e migliorare le prestazioni complessive del trattamento. Mentre i ricercatori continuano a perfezionare e ampliare questo approccio innovativo, il futuro del trattamento delle acque reflue sembra sempre più efficiente e sostenibile.
Per maggiori dettagli, consultare lo studio completo pubblicato su Nature Communications: [https://www.nature.com/articles/s41467-025-57878-4]
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Tempo post: aprile-03-2025