【全面】正渗透技术的个人简历

北极星环保网讯:膜分离技术由于出水水质高、设备简单易操作、能耗相对较低、适应性强等特点，在水处理领域获得越来越多的关注.目前应用于水处理领域的几种膜分离技术.其中微滤(microfiltration，MF)、超滤(ultrafiltration，UF)、纳滤(nanofiltration，NF)和反渗透(reverse  osmosis，RO)由机械压力驱动传质过程，是水和废水处理的常规技术.其他膜技术，如温度差驱动的膜蒸馏技术(membrane  distillation，MD)，电场驱动的电渗析技术(electro-dialysis，ED)，一些由化学反应驱动的膜吸收技术(membrane  absorption，MA)等也成为水处理领域的新型技术.正渗透(forward  osmosis，FO)是一种由渗透压(浓度差)驱动的新型膜技术.可用于海水脱盐、废水处理等方面.

FO膜是一种渗透膜.名义孔径在1  nm以下，用于截留溶解性离子和盐类等物质，与RO相当.但与RO相比，FO无需外加机械压力，具有低压操作、低膜污染、高截留的优点，近年来在水处理领域受到较多关注.

2 FO原理(Basic principle of FO)

FO膜是一种选择性渗透膜，膜的一侧是低渗透压的待处理水，另一侧是高渗透压的汲取液，水分子透过FO膜从低渗透压侧扩散到高渗透压侧，从而实现水与杂质的分离(图  1).该过程的驱动力是膜两侧溶液的渗透压差，不需外界提供压力.

图 1 FO工艺的原理示意图

2.1 FO应用与运行效果

2.1.1 海水(浓盐水)脱盐

FO已被用于含盐废水、含盐地下水、盐湖水和海水的脱盐.大多数为实验室规模的小试研究，汲取液采用难挥发性(NaCl，Na2SO4，MgSO4等)或挥发性(NH3/CO2和NH4HCO3)盐溶液.其中Zhao等进行的盐湖水脱盐，回收率达到70%.McGinnis等采用中试规模的FO处理高盐水(TDS>70，000  ppm)，回收率达到60%，与蒸发浓缩技术相当，出水水质达标(美国宾州地表水排放标准TDS < 500 mg˙L-1，氯化物 < 250  mg˙L-1，钡 < 10 mg˙L-1钡，锶 < 10 mg˙L-1).

2.1.2 城市污水处理

Li等采用实验室规模FO处理模拟城市径流，发现FO能保持较高的渗透水通量和截留率，实现稳定运行，微量金属离子、磷、硝酸盐和总氮的截留率可分别达到98%~100%、97%~100%、52%~94%和65%~85%，能够克服传统膜技术能耗高等缺陷.Linares等也利用FO处理模拟城市污水，进行实验室规模的研究，多数微量金属离子的截留率均高于99%，COD和磷的截留率将近99%，氨和总氮的截留率可分别达到67%~68%和56%~59%.FO作为城市污水的一种处理方法，实现其稳定、连续和长期运行是重要目标.

2.1.3 污水深度处理

Cath等利用生活污水处理厂的二级和三级处理单元的出水和被污染的地表水作为待处理水，通过FO技术来制备饮用水，其对有机化合物的截留率较高(双氯芬酸>99%，二甲苯氧庚酸>80%，萘普生>90%，水杨酸>72%).在放大规模的中试试验中，FO对氨、硝酸盐和紫外(UV)吸收类化合物的截留率分别达到74%、78%和85%;Yangali-Quintanilla等也采用二级出水(沙特阿拉伯的吉达鲁韦斯污水处理厂)作为待处理水，间接稀释红海的海水，能量消耗为1.5  kWh˙m-3，低于RO工艺的能耗(2.5~4 kWh˙m-3).

2.1.4 特殊类型废水

FO还被用于染料废水、太空废水、含油废水、含氯废水、垃圾渗滤液等特殊类型废水处理的研究中.Ge等对染料(酸橙8)废水进行浓缩处理，浓缩倍数达3;同样，Zhao等也对染料(活性艳红K-2BP)废水进行处理，截留率基本为100%.此外，FO被应用到太空废水的回用，废水中所含的尿素被完全截留，废水的回收率达95%以上，.

Hickenbottom等采用FO对原油和天然气开采时产生的钻井污泥及废水进行处理，水回收率为80%以上;Zhang等利用FO处理含油废水，废水中的油分子、NaCl和醋酸被截留，水回收率可达90%.Kong等利用FO处理含氯废水中的九种卤乙酸，截留率达73.8%.Cath等提到Osmotek(现HTI公司)利用中试规模FO处理垃圾渗滤液，平均水回收率达91.9%，多数有害物的截留率高于99.0%，最终出水污染物排放量达到美国污染物排放系统规定的标准.

3 影响FO运行的因素

3.1 膜

FO膜是由支撑层和活性层构成的非对称性结构.支撑层使FO膜拥有较好的机械强度，结构相对疏松.而活性层相对于支撑层要薄，结构致密，透水性和截留性好，在FO分离过程中起关键作用.理想的FO膜需要满足以下要求：①高水通量和高盐截留量;②低浓差极化;③较强的耐酸碱性.