正滲透技術在水和廢水處理中的應用研究

麥敏鋒

（廣州中晟環保裝備工程有限公司，廣東廣州 510800）

正滲透技術在水和廢水處理中的應用研究

麥敏鋒

（廣州中晟環保裝備工程有限公司，廣東廣州 510800）

正滲透（FO）技術是一種區別于傳統膜技術的新型技術，由于使用滲透壓驅動，故較傳統的膜技術有出水水質高、能耗低、污染小等特點，符合國家提倡的可持續發展戰略，因此得到越來越多的關注。但正滲透技術在擁有其優勢的同時，也在某些方面有問題，阻礙其推廣使用。因此在介紹正滲透技術基礎及其應用的同時也對其存在的問題進行了探究，為研究人員提供參考，以促進其大規模應用。

正滲透；水和廢水處理；應用

所謂膜技術，是指利用具有選擇分離功能的材料制作的膜來對料液進行不同組分的分離、春花和濃縮等過程，發展至今已經在氣體分離、物料分離和水處理方面得到廣泛應用，而又以水處理方面對膜的要求和需求量最大，因此在對于水和廢水進行水利的膜技術方面也發展較快，包括微濾、超濾、納濾、反滲透等由機械進行驅動傳質技術，而且對于膜技術方面科技的研究從來沒停止過，正滲透技術就是這種背景下研究出來的一種新型膜技術，主要用于對廢水的處理。

1 正滲透技術的原理

正滲透技術的FO膜是一種選擇性的滲透膜，在工作時期一端為滲透水，另一端為汲取液，由于這兩者的滲透壓不同，故其滲透過程是通過滲透壓差來驅動的，不需要像其他技術一樣需要機械驅動。如圖1所示。

圖1 正滲透技術的原理

在正滲透過程中，原料液中的水在滲透壓的作用下穿過半透膜進入到另一側，這是因為原料液的溶質濃度較低，為了保證滲透膜兩側的滲透壓平衡，水必須由溶質濃度低的一側向濃度高的一側轉移，而原本兩側溶液中的溶質分子或者離子則不能通過半透膜，正滲透過程會一直進行，直到滲透壓差與液面相位差相等時才結束。

2 正滲透技術的應用

2.1 海水淡化

FO技術能夠被用于海水淡化和含鹽水等的脫鹽早在上世紀就已經被提出，但是因為膜技術在當時發展較早，在材料和DS方面也有著諸多限制，而且當時進行海水淡化的市場不大，因此這個項目被人一直忽略。而到了近些年，因為膜技術的飛速發展和水資源的日益短缺，使人們逐漸把目光轉移到了利用FO技術進行海水淡化，盡管人們在研究之初用一定濃度的NaCl溶液來代替海水進行脫鹽研究，但也只是針對FO過程的抗污染、水通量等，而較少地關注FO過程中需要的能耗，但需知要將FO技術大規模地進行應用的話，能好使避不開的一道坎。后來的研究逐漸認識到了這點，并利用低品位的熱能如熱分解的氨-二氧化碳溶液作為DS來進行FO的后續分解過程，可以很輕易地將溶質去除，而FO和其他技術如膜蒸餾等組成系統也可以收到更好的效果。而截至目前，實驗室已經對FO技術在含鹽廢水、含鹽地下水、鹽湖水、海水的脫鹽進行了研究，如McGinnis進行的含鹽廢水的脫鹽實驗，回收率高達60%，甚至可以與蒸發濃縮技術相當。

2.2 污水處理

首先對于污水處理而言，是關乎城市人民生活的事情，所以一直較受關注，在膜技術迅速發展的時代，逐漸將膜技術引入污水處理中，也就是膜生物反應器（MBR）。在膜生物反應器發展的早期，其過程組成大多為微濾或者超濾，較之傳統污水處理性能更加優秀穩定，但存在著能耗高和膜污染嚴重的缺點，尤其是這兩種膜對于一些低分子量的污染物截留率較低，這對MBR的處理效果有一定影響。在FO技術興起之后，有人提出用FO取代微濾和超濾，來解決上述MBR的問題，而結果也恰恰如此，OsMBR相比于MBR在能耗、抗污染、離子截留率等性能上都有所提升，但其也存在著不足，即溶質或者溶解物容易在原料液側和反應器內積累，隨后導致滲透壓差的降低繼而影響膜通量，有人提出將微濾或者超濾膜與FO進行并聯來解決這項問題，并經過實驗證明是可行的，有效解決了沉積物的問題。

3 存在的問題

盡管FO技術較傳統膜技術有性能優勢，但也有一些問題存在，正是這些問題阻礙著FO技術的實際應用，待這些問題被解決后才能被推廣于市場。

濃差極化是主要問題之一，其分為內外部濃差極化，又分別分為稀釋型和濃縮型。內外濃差極化的區別是發生在FO膜的支撐層內部和膜外部，而且當采用AL-FS模式時，外部發生濃縮型的濃差極化，而內部則發生稀釋型的濃差極化；而采用AL-DS模式時結果與此相反。濃差極化都會使膜表面形成一溶質濃度分布邊界層，降低水通量。膜污染是所有膜分離技術都要面對的一個難題，正滲透技術也不例外，在污染的影響下，FO的水通量被下降，但相較于反滲透技術，正滲透技術的污染程度較輕一點，因為FO過程的壓力較小，形成的污染層也不會太過于牢固，簡單的清洗就可以除去大部分的污染層，但要是長時間的應用下，則需要用更加專業的手段來進行清理，其類型主要為有機、無機和微生物污染三種，而又以有機污染為主。汲取液溶質返混也是一個重要的問題，它是指汲取液中的溶質通過膜進入到材料液中，它會使膜滲透壓降低，從而引起膜污染。

4 結束語

正滲透技術是一種以滲透壓差為驅動力進行分離的技術，較其他膜分離技術具有性能、能耗等方面的優勢，但它也同時存在許多問題使其不能被大量推廣應用，從而制約了其進一步發展。實驗室針對正滲透技術的這些問題進行了實驗并提出許多可行的建議，如采用混合系統，但也僅僅停留在實驗室階段，要想真正使其被應用，還要解決關于回收率、膜孔濕潤等問題。本文在描述正滲透技術原理及其應用的基礎上對其問題進行了分析，為廣大志在此方向的研究者們提供了研究方向。

[1] 侯璟鑫.正滲透技術在水處理中的應用[J].中國高新技術企業，2016，（29）∶88-90.

[2] 劉曉靜，吳金玲，劉春，等.正滲透技術在水和廢水處理中的應用研究[J].環境科學學報，2016，（8）∶2701-2713.

[3] 林紅軍，陳建榮，陸曉峰，等.正滲透膜技術在水處理中的應用進展[J].環境科學與技術，2010，（S2）∶411-415.

Application of Positive Penetration Technology in Water and Wastewater Treatment

Mai Min-feng

Positive infiltration（FO）technology is a new technology different from traditional membrane technology.Because of the use of osmotic pressure，it is in line with the traditional membrane technology，such as high water quality，low energy consumption and low pollution.Of the sustainable development strategy，and therefore more and more attention.However，while penetrating technology has its advantages，but also in some areas have problems，hinder it to the country to promote.Therefore，it introduces the basis of the infiltration technology and its application，but also explores its existing problems，so as to facilitate the researchers to change the right medicine to accelerate the pace of its large-scale application.

positive penetration；water and wastewater treatment；application

X703；TU991.2

B

1003-6490（2017）02-0112-02

2017-02-12

麥敏鋒（1982—），男，廣東佛山人，主要研究方向為環保工程。