从事水研究的朋友估计或多或少都知道膜污染对纳滤和反渗透的负面影响，这方面的文献也有很多。我们也常说膜污染会产生巨大的运行成本，但是鲜有科学文献对其进行核算。最近，荷兰和比利时的水科学家决定一起来算一算这一笔账，并将计算结果发表在2021年的期刊《Desalination》上。

图. 膜污染成本解构 | 图源：Elsevier

膜污染是膜处理工艺中无法避免，因为不可能有一个没有膜污染的空白样本，他们的处理方法是对膜污染的成本进行标准化转化，以便对不同工厂的情况进行比较。本次研究的目的包括：

1. 得出RO/NF膜占总运行成本的比例

2. 列出成本的组成细节以及其对清洗和膜污染的贡献情况

3. 对比自动和手动清洗的成本

图. 各水厂概况

这次研究的经济分析只考虑了运行成本(OPEX)，因为每个项目的投资成本(CAPEX)差别太大，且较为主观。预处理也没有考虑在内，因为纳滤厂都有相同的预处理工艺，而反渗透厂都有前置超滤。他们认为膜污染成本主要有增加的泵费用、膜更换和清洗产生的费用组成。第一部分主要因为膜污染导致进水通道压力损失的增加、透水性的降低，这些都增加了泵的能耗。第二部分是指当盐透过率超过5%的时候，一般就要进行膜的更换。原位清洗(Cleaning In Place - CIP)主要包括了化学品的使用、故障损失、清洗溶剂的加热成本和废物的处理。以为这些厂都使用了全自动的清洗设备，所以无需考虑清洗的人工费用，另外因为清洁用水小于产水量的0.5%，所以也忽略不计。

他们列出的主要成本因子如下：

首先，我们能够看到，使用反渗透工艺的水厂的膜污染成本占了运行成本的24%左右，而纳滤水厂的膜污染成本只约11%。如上所述，主要是由进水水质的差别造成的。

其中膜更换是最主要的费用组成，占了膜污染总成本的40-65%，在泵费用上，纳滤的新增能耗费用占了30%，而反渗透只有约9%。清洗的费用则是最少的。

图. 膜污染成本各组分解析 – 橙色为压力损失，绿色为渗透率降低，紫色为膜更换，黄色是清洗

他们还对清洗费用作了进一步的解析，由下图所示，纳滤和反渗透的清洗成本构成有较大区别。纳滤清洗的成本主要来自化学品的使用，而反渗透的清洗成本则是因为需要更频繁的清洗，所以要停机而产生。

图. 在线清洗成本解析 – 绿色为药剂成本、黄色为加热成本、粉红色为停机成本、天蓝色为废弃物成本

从上图能看出，当反渗透膜的清洗频率达到每周1-3次时，更换新膜应该更为经济；而纳滤膜经济清洗频率为每月1次，大于该数值时，往往需要更换新的膜以降低运行成本。

另外，研究团队也指出本次研究的数值仅做参考，毕竟用百分比来计算膜污染成本有一定的主观性，因为这视乎分子和分母都考虑或者忽略了哪些因素。

这次研究的新颖之处在于对膜污染的经济影响进行了量化分析。通过使用水厂的历史运行参数和可靠的非经验数据，研究团队建立了纳滤和反渗透水厂膜污染成本的计算模型。这些分析方法和结果能为水厂的技术-经济分析提供更可靠的数据支持，而不是仅仅参考经验模型或者干脆忽略膜污染产生的成本。

他们在这次研究中引入的新指标——膜污染成本/OPEX的比例，可能会成为以后相关膜污染表征研究的量化参数，增加不同膜工艺的膜污染严重程度的可比性。

更多信息可参阅期刊原文 Cost of fouling in full-scale reverse osmosis and nanofiltration installations in the Netherlands