使用 3D 打印的进水隔板减少水净化过程中的膜污染

来自南洋理工大学 (NTU) 和新加坡科技设计大学 (SUTD) 的研究人员设计并制造了创新的膜进料隔板，可以提高水处理中使用的膜过滤工艺的整体性能。

传统的进料隔板通常使用传统的热挤压和焊接方法制造，没有经过优化以控制膜污染——污染物积聚在膜表面的一种不可避免的现象。这主要是由于制造过程在能够产生几何复杂的设计方面的限制。

研究团队根据之前对正弦通道进行的计算流体动力学 (CFD) 研究，提出了一种新的正弦设计垫片。通过引入垂直或倾斜的轴向细丝来连接正弦横向细丝，可以制造独立的正弦间隔层，并有可能将其集成到螺旋缠绕模块中。他们的研究论文题为“Fouling Mitigation in Reverse Osmosis Processes with 3D Printed Sinusoidal Spacers”发表在Water Research 上。

“传统的网格间隔设计具有固有的死区，尤其是在交叉点节点周围。这些死区会促进膜污染，这就是为什么需要新的和创新的隔板设计的原因，”第一作者、南洋理工大学博士生 Koo Jing Wee 解释说。“提出正弦间隔器的目的是考虑到这一点，因为之前的 CFD 研究表明，正弦通道的波峰和波谷附近存在涡流，这会破坏该区域内的局部死区。”

在他们的研究中，他们使用 Polyjet 技术 3D 打印了传统的网状垫片以及他们的新型正弦垫片。然后对 3D 打印的垫片进行了一系列广泛的性能评估，例如通道压力损失、无机污垢和生物污垢测试。结果表明，对于无机污垢和生物污垢测试，正弦间隔器与传统间隔器相比，成功地将膜污染减少了10%。无机污垢的光学相干断层扫描和生物污垢的膜解剖也揭示了对污垢饼层发展的有趣见解，并显示了每个间隔器内的局部死区。尽管正弦隔板的通道压力损失略高， 

“在这项工作中，我们展示了 3D 打印的正弦垫片与传统垫片相比具有卓越的膜污染能力。然而，仍有未开发的进一步改进潜力，”南大首席研究员 Chong Tzyy Haur 副教授强调说。“减少轴向细丝的数量或进一步优化正弦波振幅可以帮助减少垫片的通道压力损失。这将是一个令人兴奋的领域，可以进一步探索。”

“3D 打印重新定义了这些复杂的隔膜垫片的制造，解决了以前从未想过可以解决的挑战。随着我们继续利用 3D 打印的灵活性和准确性，研究用于制造垫片的创新材料以增强 3D 打印垫片的防污性能也很有趣，”来自SUTD 的合著者蔡志凯教授补充道。