終于有人把膜污染成本算清楚了
圖. 膜污染成本解構 | 圖源：Elsevier
膜污染的影響膜污染對納濾/反滲透系統的影響包括：透水性的損失、壓力損失的增加、膜更換頻率的增加、自動清洗的化學品定期投加。然后這些運行問題會導致更高的能耗、更高的藥耗以及處理能力的降低，此外還包括自動清洗設備的廢物管理、故障和維修工人的費用，總之，這些最終會增加工廠的運行成本(OPEX)。
在荷蘭，卷式膜常用于去礦物質水和飲用水的過濾。荷蘭代爾夫特理工(TU Delft)、比利時根特大學、荷蘭KWR水應用研究所的學者開展合作，對這種膜系統的膜污染成本進行綜合性的經濟分析。
膜污染是膜處理工藝中無法避免，因為不可能有一個沒有膜污染的空白樣本，他們的處理方法是對膜污染的成本進行標準化轉化，以便對不同工廠的情況進行比較。本次研究的目的包括：
1.得出RO/NF膜占總運行成本的比例
2.列出成本的組成細節以及其對清洗和膜污染的貢獻情況
3.對比自動和手動清洗的成本
考察對象
研究團隊一共考察了荷蘭7座使用膜系統的水廠，其中4座使用納濾，3座使用反滲透。四座納濾水廠的進水都是缺氧的地下井水，并采用相同的前處理工藝(10μm濾芯+膦酸酯阻垢劑)。反滲透水廠處理的則是地表水或者市政污水處理廠的出水。納濾水廠生產的飲用水，而反滲透廠生產的則是去礦物質水，用于工業。
納濾廠本身的膜污染情況不太嚴重，這是因為由于在缺氧環境下，金屬離子多處于還原態，因此不像經曝氣的水那么容易產生沉淀結垢，而且因為缺氧，也減慢了生物膜的形成。四座納濾廠都包含原位清洗，方法也相當接近，都有酸洗和堿洗兩步，并循環三次，最后會用濾后水沖洗。但一般只需兩年做一次清洗。
三座反滲透水廠都采用兩段式工藝，都采用超濾作為預處理手段，并配有自動清洗系統。清洗步驟包括堿洗、去礦物質水沖洗、酸洗，最后再用去礦物質水沖洗。
圖. 各水廠概況
研究參數研究團隊對影響膜污染的參數進行標準化轉化，考察參數如下表所示：
首先，我們能夠看到，使用反滲透工藝的水廠的膜污染成本占了運行成本的24%左右，而納濾水廠的膜污染成本只約11%。如上所述，主要是由進水水質的差別造成的。
圖. 膜污染成本各組分解析 – 橙色為壓力損失，綠色為滲透率降低，紫色為膜更換，黃色是清洗
他們還對清洗費用作了進一步的解析，由下圖所示，納濾和反滲透的清洗成本構成有較大區別。納濾清洗的成本主要來自化學品的使用，而反滲透的清洗成本則是因為需要更頻繁的清洗，所以要停機而產生。
圖. 在線清洗成本解析 – 綠色為藥劑成本、黃色為加熱成本、粉紅色為停機成本、天藍色為廢棄物成本
討論雖然之前有文獻指出膜污染的成本占運行成本的20-30%，但因為缺少具體的計算，所以無法考證確切性。這次研究得到的11%(納濾)和24%(反滲透)兩個數值反過來說明了此前估算的合理性，同時也反映了進水水質對膜污染的影響——處理進水為污水廠出水的膜污染情況較為嚴重。
研究團隊還對一個運行人員非常感興趣的問題進行了計算：一個膜組件在清洗過多少次之后就應該更換呢？他們把結果總結成下圖。
另外，研究團隊也指出本次研究的數值僅做參考，畢竟用百分比來計算膜污染成本有一定的主觀性，因為這視乎分子和分母都考慮或者忽略了哪些因素。
小結
這次研究的新穎之處在于對膜污染的經濟影響進行了量化分析。通過使用水廠的歷史運行參數和可靠的非經驗數據，研究團隊建立了納濾和反滲透水廠膜污染成本的計算模型。這些分析方法和結果能為水廠的技術-經濟分析提供更可靠的數據支持，而不是僅僅參考經驗模型或者干脆忽略膜污染產生的成本。
其次，通過這種成本解析，運行人員可以更清晰地了解水廠膜污染的成因，從而制定更適合的預防/清洗策略。
他們在這次研究中引入的新指標——膜污染成本/OPEX的比例，可能會成為以后相關膜污染表征研究的量化參數，增加不同膜工藝的膜污染嚴重程度的可比性。