《Desalination》：Environmental and technological perspectives on SWRO brine minimization: Toward sustainable desalination
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海水反渗透（SWRO）技术虽有效缓解淡水短缺，但废液盐分排放引发生态风险。本文系统评估热处理、膜分离、混合系统及零液体排放（ZLD）等减量技术，揭示资源回收与循环经济潜力，强调需整合生命周期评估、 techno-经济分析及政策框架，实现水安全与生态保护的协同发展。
K. Khoiruddin|Tuti M. Lim|Tzyy H. Chong|S. Kawi|I.G. Wenten
印度尼西亚万隆理工学院工业技术学院化学工程系，Ganesha街10号，万隆，40132
摘要
海水反渗透（SWRO）已成为解决全球淡水短缺问题的主要海水淡化技术。然而，其广泛的应用再次引发了人们对废盐水排放所带来环境问题的关注。这种高浓度废水中含有大量盐分、化学物质和能量，对海洋生态系统和沿海环境构成了严重威胁。为此，人们开发了一系列技术创新，以减少废盐水量、提高资源回收率并降低环境足迹。本文综合评估了最新的废盐水减少技术，包括基于热能的方法、基于膜的技术、混合系统以及零液体排放（ZLD）方案。同时，文章还探讨了回收有价值矿物的机会，为循环经济战略做出了贡献。通过整合环境和技术的视角，本文指出了关键挑战，并提出了实现更可持续、更环保的SWRO海水淡化实践的战略路径。
引言
淡水短缺正迅速成为本世纪的主要挑战之一[1]，其原因包括人口增长、城市扩张、工业需求以及气候变化影响的加剧。为此，许多国家——尤其是干旱和半干旱地区的国家——将海水淡化视为保障水资源安全的手段。在现有技术中，海水反渗透（SWRO）因能耗较低、模块化设计以及较高的回收率而占据主导地位[2][3]。然而，这一技术成就背后隐藏着一个日益严重的环境问题：每生产一升淡水，就会产生相应量的高浓度盐水，其盐度通常是海水的1.5至2倍，并含有防垢剂、混凝剂和杀菌剂等化学残留物。
大部分盐水被排放到沿海水域，对生态系统产生深远影响。在阿拉伯湾和地中海等半封闭海域及低能量流动区域，盐度升高、化学物质积累、热失衡以及底栖生境退化等问题尤为严重，这些都会破坏生物多样性并破坏生态系统[4][5]。随着这些风险证据的增加以及监管压力和公众关注的提高，全球对减少盐水排放、实现资源化利用及零液体排放（ZLD）的兴趣日益浓厚。
关键在于如何在保证水资源回收的同时实现可持续发展。要在保持能源效率的同时减少废盐水量，需要超越传统反渗透技术进行技术创新。新兴技术如渗透介导的反渗透（OMRO）或渗透辅助反渗透（OARO）——后者通过渗透压梯度部分抵消反渗透膜两侧的水压——展示了这一转变方向。OARO能够在较低的水压下提高回收率，降低能耗，并有助于与可再生能源结合使用[6][7]。结合纳米过滤（NF）、电渗析（ED）和结晶等选择性方法，这些创新将盐水不再仅仅视为废物流，而是作为循环经济战略的载体。
过去二十年间，关于SWRO盐水管理的科学和技术研究显著增加（图1a）。自2000年以来，研究活动加速发展，与全球海水淡化能力的扩张同步。大多数研究集中在环境科学、化学工程和材料科学领域，期刊文章是主要发表形式。这一趋势表明，人们越来越认识到减少盐水排放既是环境需求，也是技术前沿。关键词共现分析（图1b）进一步揭示了研究方向的演变：“反渗透”和“海水淡化”是核心概念，同时与废盐水管理、能源回收、电渗析、纳米过滤和循环经济等新兴主题紧密相关。不同研究集群反映了该领域的多元化：红色集群关注混合式海水淡化和能源整合，绿色集群关注资源回收途径，蓝色集群关注环境影响和排放风险。这些模式表明，盐水研究正从单纯关注处置转向全面考虑回收、可持续性和资源循环利用的综合性视角。
尽管已有部分综述探讨了海水淡化废盐水的管理问题，但大多数研究范围较为有限。早期调查主要概述了处置方法和资源化利用途径，但缺乏对可持续性的系统级评估[8]。其他研究则侧重于膜技术和热能技术的进展，尤其是混合系统和ZLD策略，但更多将其视为工程创新，而未将其与环境和社会政策联系起来[9]。虽然也有较为全面的盐水利用和循环经济概念分类，但这些研究往往侧重于回收途径，而忽视了技术经济可行性和生态风险[10]。本文通过整合这些领域，提供了统一的评估，将化学和生态风险与新兴的减少和资源化利用技术相结合，并将其置于生命周期评估、技术经济分析和监管框架之中。
在本文中，我们综合了环境和技术的视角，对SWRO废盐水减少方法进行了分析。我们评估了废盐水排放的化学性质和风险，并评估了减少废盐水量和回收资源的先进技术，这些技术将推动海水淡化向更可持续的方向发展。通过将盐水视为水资源安全、生态韧性和资源回收的交汇点，我们提出了一个前瞻性的议程，使海水淡化不仅具有可行性，而且具有可持续性。
部分内容摘录
SWRO废盐水的特性
随着全球淡水短缺问题的加剧，海水反渗透（SWRO）已成为增加饮用水供应的关键技术。然而，SWRO系统的广泛部署带来了新的环境问题：高浓度盐水废物的排放对海洋生态系统构成威胁。如果管理不当，这种富含盐分和预处理过程中产生的化学残留物的高盐度废水会对生态系统造成严重危害。
废盐水排放的环境影响
海水反渗透（SWRO）作为解决淡水短缺的主要技术，其全球范围的快速推广引发了紧迫的环境问题：高浓度盐水的排放回海洋生态系统。尽管SWRO技术在淡化效率上表现出色，但其副产品——高盐度废水——在自然扩散能力有限的沿海地区带来了严重的生态风险。
减少废盐水的技术
下一代盐水管理不仅旨在减少废盐水量，还致力于从废盐水中回收有价值物质。这一策略体现了循环经济的理念：将“废物”重新定义为盐、酸/碱等产品的原料，从而在保障水资源安全的同时减少环境足迹。本节讨论的系统配置来自广泛且快速发展的循环经济和综合盐水减少文献。
从废盐水中回收资源
随着对SWRO用于淡水生产的依赖增加，人们重新关注高浓度盐水排放带来的环境问题。过去被视为废物的这种高盐度废水，现在被重新视为镁、锂和溴等宝贵矿产和战略元素的来源。在环境可持续性和资源循环利用的推动下，技术进步使得选择性提取和利用成为可能。
未来展望与研究方向
SWRO盐水管理的未来将摆脱传统的末端处置模式，转向结合先进技术、环境保护和循环经济原则的综合性思路。未来，盐水应被视为一种战略性的二次资源，既能保障水资源安全，又能为工业提供原料并增强生态韧性[182]。
作者贡献声明
K. Khoiruddin：撰写初稿。Tuti M. Lim：审稿与编辑。Tzyy H. Chong：审稿与编辑。S. Kawi：审稿与编辑。I.G. Wenten：审稿与编辑，概念构思。
写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明
在撰写本文时，作者使用了GPT工具来提升语言表达和可读性。使用该工具后，作者对内容进行了必要的审阅和编辑，并对出版物的内容承担全部责任。
利益冲突声明
作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
本研究由印度尼西亚教育捐赠基金（LPDP）代表印度尼西亚高等教育部和科技部资助，由EQUITY计划（合同编号：4298/B3/DT.03.08/2025）管理。
