近期，王新华教授团队在正渗透技术处理剩余活性污泥研究方面取得新进展，研究成果以“New insights on destruction mechanisms of waste activated sludge during simultaneous thickening and digestion process via forward osmosis membrane”正式发表于自然指数期刊Water Research (https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.121378)。

随着城市化进展的加快，全球城市污水处理厂的数量正在急速增加。城市污水处理厂在处理污水的过程中会产生大量的副产物—剩余活性污泥，并且污泥处理成本与污水处理成本相当。因此，剩余活性污泥的处理与处置引起了越来越多的关注。针对传统剩余污泥浓缩过程中存在的效率低、占地面积大、上清液浓度高等问题，王新华教授团队首次采用微滤结合正渗透技术实现了剩余污泥的深度浓缩，成功验证了正渗透技术处理剩余污泥的可行性，为剩余污泥的高效处理提供了新的思路。团队进一步解析了高污泥浓度下正渗透膜的污染机理，并发现存在临界污泥浓度，即高于一定值时正渗透膜污染明显加剧且其不可逆程度急剧升高，这为剩余污泥处理过程中正渗透膜污染的控制提供了理论基础。上述研究工作分别于2021年和2022年发表于1区期刊Water Research和Journal of Membrane Science。

正渗透膜反应器同步浓缩消化剩余污泥示意图

在前期正渗透膜反应器深度浓缩剩余活性污泥的基础上，该研究提出了正渗透膜反应器同步浓缩和消化剩余活性污泥。研究结果表明，正渗透膜反应器在18天的运行时间内，将剩余污泥浓缩到30 g/L的基础上，达到了42.7%的污泥消解率，成功实现了剩余污泥的同步浓缩和消化。此外，反应器的出水不需要后处理，可以直接排放或者回用。正渗透膜反应器为剩余污泥浓缩和消化处理提供了新的技术路线。

为了寻找影响污泥浓缩和消化的关键运行参数，该研究考察了不同运行模式下正渗透膜反应器处理剩余污泥的效率。实验结果表明，控制正渗透膜反应器中污泥浓缩和消化转变的关键参数是水力停留时间。基于此，可以通过水力停留时间预测污泥处理效果，或者通过控制水力停留时间达到不同的污泥处理目标。此外，该研究解析了正渗透膜反应器中的污泥消化机理。通过对污泥处理过程中污泥性质的深入分析，发现正渗透膜反应器中的污泥消化可以分为两个阶段，分别为完全好氧消化阶段和好氧-局部厌氧消化阶段。在这两个阶段中，剩余污泥的基本性质、污泥上清液物质浓度以及污泥中的优势微生物种群都发生了明显的变化。污泥消化机理的解析对强化正渗透膜反应器的污泥消化效率具有重要指导意义。

正渗透膜反应器处理剩余污泥过程中的污泥消化机制

上述研究工作中，江南大学2021级博士生易夏文为论文第一作者，王新华教授为论文的通讯作者。研究工作得到了国家重点研发计划（2023YFC3207004）、江苏省研究生科研与实践创新计划（KYCX22_2383）等资助。

近年来王新华教授团队在正渗透膜制备与改性、正渗透膜过程优化、正渗透膜污染与控制、正渗透膜反应器开发、正渗透膜应用等正渗透技术方面取得丰硕成果，已经发表学术论文45篇，其中1区论文30篇，授权美国发明专利2项、中国发明专利12项。