论文标题：Membrane Technologies for Separating Volatile Fatty Acids Produced Through Arrested Anaerobic Digestion: A Review

论文链接：https://www.mdpi.com/2571-8797/7/2/48

期刊名：Clean Technologies

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/cleantechnol

挥发性脂肪酸（VFAs）在多种工业应用中是重要的前体物质。传统上，这些羧酸主要从石油中生产，但近年来研究重点转向开发生物方法，以有机废物和木质纤维素材料替代化石原料。通过在厌氧消化过程中抑制甲烷生成阶段，可以在VFA水平停止该过程，从而实现VFA的积累。VFA生产的商业可行性主要受限于下游分离过程的高成本。现有的分离技术，如吸附和液-液萃取，虽然能从发酵液中几乎完全回收VFAs，但需要大量的化学品投入和广泛的预处理。相比之下，基于膜的分离过程有可能克服化学添加的需求，并提供一种更可持续的分离方式。

图：通过抑制厌氧消化产生VFA，其中甲烷生成已被抑制（红十字）

本文综述了用于VFA分离的膜技术的最新研究进展。评估并比较了不同膜技术相关的资本和运营成本，并识别了阻碍其商业化的重大障碍。此外，还考察了混合和新兴膜技术，这些技术被先前的研究建议用于减少能源和资本成本。最后，提出了开发适用于工业规模应用的成本效益型膜技术的未来展望。

文章详细讨论了以下几种膜技术：压力驱动膜技术，包括微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）和反渗透（RO），这些技术通过施加液压压力来分离不同组分；浓度驱动膜技术，如渗透汽化（PV）、载体介导分离和正渗透（FO），这些技术依赖于浓度梯度来实现分离；热驱动膜技术，如膜蒸馏（MD），利用温度梯度来选择性地分离VFAs；电驱动膜技术，包括电渗析（ED）和电去离子化（EDI），通过在离子选择性膜上施加电场来分离VFAs；膜接触器（MC），利用膜的选择性透过性来分离VFAs；膜生物反应器（MBR），结合生物处理过程和分离单元，用于VFA的回收。

研究结论指出，膜技术在挥发性脂肪酸（VFA）分离领域展现出极高的回收率与选择性，尤其是压力驱动和电驱动膜技术，其VFA回收率可轻松突破95%。然而，该技术在迈向商业化征程中仍面临诸多挑战，膜污染问题最为突出，它会致使膜性能逐步衰退，进而推高运营成本；此外，部分膜技术能耗居高不下，以及设备购置与安装所需的高额的资本投入，也为技术推广设置了许多障碍。值得庆幸的是，混合系统（例如MD-NF/RO）、电活性和混合基质膜以及太阳能辅助膜蒸馏等创新技术的涌现，为提升能源效率、优化分离效果以及削减成本带来了曙光。通过精心挑选膜材料、优化工艺条件，再辅以实时监控和数据驱动的优化手段，有望大幅提高生产效率、降低运营成本，从而显著增强技术的商业可扩展性。在环境层面，膜技术必须契合全球可持续发展目标，竭力降低对环境的影响，确保VFA回收过程的绿色可持续性，这涵盖采用环保型材料以及妥善处理膜的废弃或回收利用。展望未来，研究方向应聚焦于开发具备抗污染和自清洁功能的高性能膜材料，同时积极探索生物启发膜等新兴技术，以期在VFA回收效率和可持续性方面取得更大突破，为实现相关产业的绿色可持续发展提供有力的技术支持。