It is a great challenge for effective treatment of shale gas produced water (SGPW), a typical industrial wastewater with complex composition. Single forward osmosis (FO) or membrane distillation (MD) process has been widely used for desalination of SGPW, with membrane fouling not well addressed. Fertilizer draw solution (DS) with high osmotic pressure is less likely to cause FO fouling and can be used for irrigation. An integrated process using fertilizer-driven FO (FDFO) and MD process was proposed for the first time for SGPW treatment, and characteristics of fertilizer DS and powdered activated carbon (PAC) enhancement were assessed. The DS using KCl and (NH4)2SO4 had high MD fluxes (36.8–38.8 L/(m2·h)) and low permeate conductivity (below 50 μS/cm), increasing the contact angle of the MD membrane by 113 % than that without FO, while the DS using MgCl2 and NH4H2PO4 produced a lower reverse salt flux (0.9–3.2 g/(m2·h)). When diluted DS was treated using PAC, the MD permeate conductivity was further reduced to 35 μS/cm without ammonia, and the membrane hydrophobicity was maintained to 71–83 % of the original. The mechanism of the FDFO-MD integrated process for mitigating MD fouling and improving permeate quality was analyzed, providing guidance for efficient SGPW treatment.

中文翻译：

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用于页岩气采出水处理的肥料驱动的 FO 和 MD 集成工艺：抽取溶液评估和 PAC 增强


页岩气采出水 （SGPW） 是一种典型的成分复杂的工业废水，对有效处理页岩气采出水 （SGPW） 是一项巨大的挑战。单正向渗透 （FO） 或膜蒸馏 （MD） 工艺已广泛用于 SGPW 的海水淡化，但膜污染问题没有得到很好的解决。具有高渗透压的肥料抽取液 （DS） 不太可能导致 FO 结垢，可用于灌溉。首次提出了一种使用肥料驱动 FO （FDFO） 和 MD 工艺的一体化工艺用于 SGPW 处理，并评估了肥料 DS 和粉末活性炭 （PAC） 增强的特性。使用 KCl 和 （NH4）2SO4 的 DS 具有高 MD 通量 （36.8–38.8 L/（m2·h）） 和低渗透电导率（低于 50 μS/cm），MD 膜的接触角比不使用 FO 的 MD 膜增加了 113%，而使用 MgCl2 和 NH4H2PO4 的 DS 产生较低的反向盐通量 （0.9–3.2 g/（m2·h））。当使用 PAC 处理稀释的 DS 时，MD 渗透液电导率进一步降低至 35 μS/cm，无氨，膜疏水性维持在原始水的 71-83%。分析了 FDFO-MD 一体化工艺缓解 MD 污染和提高产水质量的机理，为高效处理 SGPW 提供指导。