正渗透技术在污水处理中的应用

3.2.2 汲取液浓度

汲取液浓度影响水通量.主要原因是浓度升高导致其渗透压升高，膜两侧的渗透压差(πD-πF)变大，渗透驱动力变大，水通量升高.有研究认为在一定的浓度范围内，水通量随着汲取液浓度的增加而增加，超过一定值后，水通量不再变化.如Cornelissen等采用ZnSO4作为汲取液时，浓度在0.5~2.3  mol˙L-1范围内，水通量随浓度的增加而增加，超过2.3 mol˙L-1，水通量基本不变;除此之外，Hau等用EDTA作为汲取液时，当浓度超过1.0  mol˙L-1，水通量维持不变，原因是水通量的升高加重了支撑层内稀释型内部浓差极化.

汲取液浓度对溶质返混通量的影响见解不一.有研究认为影响较小，基本可以忽略.也有研究汲取液(EDTA钠盐)浓度较低时，溶质返混通量随着汲取液浓度的增加而增加;浓度较高时，溶质返混通量变化不明显(Hau  et al.，2014).

汲取液浓度的增大可能增加溶液的粘度，从而增加泵的能耗.

3.3 原水性质

3.3.1 原水组成

根据原水中主要物质组成可将原水分为无机类和有机类.其中无机类主要是含盐水.有机类包括染料废水、太空废水、含油废水，含氯水(卤乙酸)、城市污水，地表水中污染物(PhACs，TrOCs)等，详见本文2.1~2.4节应用部分.

3.3.2 原水浓度

原水中盐浓度的升高导致原水侧渗透压升高，膜两侧的渗透压差(πD-πF)变小，渗透驱动力变小，水通量降低，截留率降低不明显.

3.4 运行条件

3.4.1 温度

温度影响FO的水通量、溶质返混通量和膜污染.

温度升高使溶液的粘度降低，扩散和传质系数提高，减小浓差极化，提高水通量.温度升高，会使溶液渗透压升高，最终使水通量增加，见公式(1)：

(1)

式中，π是渗透压(bar)，R是气体常数(8.314 J˙mol-1˙K-1)，T、V、aW分别是是温度(K)、摩尔体积(18  mL˙mol-1)和水的活度.

3.4.2 pH

pH改变影响膜表面性质，进而影响FO的水通量和截留效果.研究者发现pH的改变会引起交联膜聚合结构构象和表面疏水性的改变，随着pH的增加，膜表面的电负性增强，使聚合物基体上可电离官能团之间的排斥作用增强，最终使平均孔径变大，渗透水通量增加;另外，随着pH增加，膜表面的亲水性会增强，有利于提高水通量.Xie等发现当pH高于5.8时，原水中模拟污染物磺胺甲恶唑呈电负性，pH升高使FO膜AL表面电负性增强，因此膜表面与污染物之间的斥力增强，从而提高了污染物的截留率(Xie  et al. 2012).

pH改变影响原水中污染物化学形态，进而影响FO的截留率.如Kim等用FO截留B3+时，当pH升高，B3+与OH-结合生成B(OH)3，水合半径增大，更易被截留;当pH继续升高，B(OH)3水进一步水解为B(OH)4-，B(OH)4-与FO膜表面负电荷产生排斥作用，截留率进一步提高.Xie发现pH在3.5～7.5范围变化时，原水中的卡马西平呈电中性，因此不受膜表面电荷变化的影响，截留率也不受影响;但pH高于5.8时，呈现电负性的磺胺甲恶唑的截留率随pH升高而升高.

pH改变影响汲取液溶质化学形态，进而影响返混通量.Hau等利用EDTA钠盐作为汲取液时，当pH高于7时，EDTA4-本身会结合自由态的Na+，生成Na[EDTA]3-，降低汲取液的返混通量.

3.4.3 流速和流向

原水和汲取液的流速升高，增大膜表面的水流剪切力，可以产生较快的渗透流稀释作用，提高传质系数，降低外部浓差极化，从而使FO水通量增加.但有些研究者认为当流速在小范围改变时，并不足以引起传质及外部浓差极化的改变.

流向指原水流和汲取液流的相对方向，为顺流或逆流.但可能由于FO研究的规模都很小，流向对FO的影响并未体现出来.

4 存在问题

虽然FO成为近年来的研究热点，但目前仍未得到广泛应用，浓差极化、膜污染、汲取液溶质返混，汲取液的后处理等问题亟待解决.

4.1 浓差极化

4.1.1 外部浓差极化和内部浓差极化

外部浓差极化发生在FO膜外部，即活性层和支撑层的表面.可分为浓缩型外部浓差极化和稀释型外部浓差极化.当采用AL-FS模式时，原水中水分子通过FO膜时，溶质(污染物)被截留，在膜的活性层与原水界面区域溶质浓度越来越高，发生浓缩型外部浓差极化(图  2a)，在膜的支撑层与汲取液界面区域溶质浓度会被水稀释;当采用AL-DS模式时，水分子通过FO膜进入汲取液，膜的活性层与汲取液界面区域汲取液被稀释，溶质浓度降低，发生稀释型外部浓差极化(图  2b)，同时在膜的支撑层与原水界面区域发生浓缩型浓差极化.内部浓差极化发生在FO的支撑层内部，分为浓缩型内部浓差极化和稀释型内部浓差极化.当AL-FS时，发生稀释型内部浓差极化(图  2a蓝色区域);当AL-DS时，发生浓缩型内部浓差极化(图 2b蓝色区域).与发生在支撑层内部浓差极化相比，发生在支撑层外部的浓差极化可以被忽略.

图 2内部浓差极化和外部浓差极化(a. AL-FS模式下的浓缩型外部浓差极化和稀释型内部浓差极化, b.  AL-DS模式下的稀释型外部浓差极化和浓缩型内部浓差极化)

延伸阅读：

【全面】正渗透技术的个人简历