淺談水處理中的正滲透技術

摘?要：目前的水處理技術發展迅速，膜分離技術作為水處理技術中重要的一環，正滲透在不需要外加壓力的條件下可以有效的去除水中的污染物，展現較高的去除率，正滲透技術用于海水淡化，污水處理以及水質凈化方面，在與納濾、反滲透聯用以后，可以有效地提高水處理的效率，減緩膜污染。

關鍵詞：正滲透;膜污染;水處理;納濾

1 緒論

目前水資源短缺已成為制約我國經濟發展的關鍵因素，全球的可以利用的淡水資源也依舊短缺，并且水體污染時有發生，水質問題依舊嚴峻。近年來，由于政府加大發展飲用水的處理技術，我國居民的飲用水得到了一定的保障。傳統的水處理設備構筑物由于占地面積大，成本高，而且設備維修麻煩。能有效解決這些急迫問題的膜分離技術應運而生，現有的膜分離技術有微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）和反滲透（RO）等，隨著膜技術的發展，海水淡化也提上了新的高度，納濾與反滲透對于處理高鹽水具有很高的效率，但是造成的膜污染難以解決，并且能耗高。膜分離技術迫切需要膜污染輕，能耗低，操作簡單，易分離的新型膜技術出現，因此正滲透這種具有以上優點的膜分離技術出現了，并且在飲用水處理領域展現了巨大的潛力，已經成為膜分離領域的研究熱點。本文就正滲透在水處理中的情況進行分析。

2 正滲透

正滲透是在不使用外加壓力的條件下，僅靠膜兩側溶液的滲透壓來提供動力，使純水從化學勢能較高的一側通過正滲透膜流向化學勢能較低的一側，來實現污染物與水的分離。正滲透具有能耗低、截留能力強，抗膜污染能力強，膜污染程度小的優點[1]。目前正滲透技術在水處理中，主要用于海水淡化，污水處理以及凈化水質等方面。

2.1 海水淡化

在20世紀末期，由美國公司生產的商用正滲透膜正式用于脫鹽，該正滲透膜應該具有較高的水通量，較低的鹽通量以及內部濃差極化，內部濃差極化較低說明膜的支撐層應該足夠薄，孔隙率大。在海水淡化方面由于受到汲取液提純的局限性，正滲透一般需要跟其他工藝進行組合[2]，比如將汲取液換成葡萄糖、蔗糖等物質，在處理過后的混合水可以作為可以直接飲用不需要回收的營養液;或者回收無機溶劑，使用加熱分解（NH4CO3作為汲取液），磁力分離（磁性納米顆粒作為汲取液）以及沉淀（飽和KNO3作為汲取液）等，目前HTI公司生產出一種用于積極救援的簡易水質凈化設備，叫做凈水水袋，它由雙層袋裝的結構，最內層使選擇性透過膜外層使用防水材料，防止漏水并且起保護作用，內部裝有人類需要的營養物質，使用起來簡單，并且安全可靠。可以用于自然災害發生后的緊急救援，為人們提供簡易的生存保障，也可以用于航空航天，為宇航員提供急需的能量。

2.2 污水的處理

正滲透膜分離技術還使用在生活污水處理方面，與海水相比較，生活污水中溶解性有機物更加復雜并且生活污水的滲透壓較低，會造成更嚴重的膜污染。在1980s以后，國外的研究者就將海水作為汲取液處理生活污水了，同時將正滲透與反滲透結合起來，使得組合工藝具有正滲透技術的抗污染性，反滲透膜分離技術能夠有效分離污染物與純水，正滲透/反滲透還可以對水廠淤泥進行濃縮，現在正滲透技術已經用于處理含油的廢水，生活污水，垃圾滲濾液等[3]。有研究者將正滲透與膜生物反應器聯用可以有效的利用正滲透膜的截留作用與生物對活性污泥的降解作用，能夠有效去除99%的有機物與98%的氨氮。由于膜污染的存在，研究者在此基礎上將電化學技術加入到正滲透膜生物反應器中，在處理污水的同時還能產電，同時改變膜與微生物的特性，減緩了膜污染，加強了污染物去除。總之，正滲透技術在發展中不斷補充新的技術，正滲透技術作為良好基礎，其他技術可以不斷進行優化。

2.3 正滲透對水質的凈化

正滲透在對污染物的截留方面的研究明顯少于其他的傳統壓力膜，有研究表明正滲透對于去除天然雌性激素和雌二醇有較好的去除率54，研究證明正滲透對某些疏水性痕量有機物的去除要優于反滲透。正滲透用于飲用水處理領域時，為了獲得較高的純水，通常需要將正滲透與其他壓力膜工藝聯用，現在較為常見的正滲透組合工藝是正滲透與納濾反滲透聯用，主要是因為反滲透在脫鹽方面具有工藝相對穩定，成本較低，并且反滲透技術已經相當成熟。有研究將正滲透與反滲透組合工藝處理受污染的水源與海水，經過兩級循環利用，這種組合工藝的回收率能夠達到63%。正滲透與納濾聯用的組合工藝具有較高的出水水質，經過簡單的物理清洗后就具有較高的通量恢復，而且造成的膜污染較低，需要的操作壓力較小，其中正滲透與納濾聯用的脫鹽率可達到97.7%。

3 正滲透的汲取液研究

目前對于正滲透的研究主要是對于汲取液的選擇與膜污染的研究。當前對于汲取液的選擇是一個重要的技術課題，研究表明汲取液的選擇應該具有分子量較小，溶解度高滲透壓高，最好是可以回收利用，沒有環境污染，在經濟上價格低，對人體沒有傷害，還有較高的水通量與較低的反向溶質通量[4]。但是目前的研究表明能提供較高的水通量必定會有較大的滲透拽力，從而會使得污染物更容易沉在膜表面與膜內側支撐層，同時還會有較高的反向溶質通量，比如NaCl，KCl，為了減輕回收利用的成本，將汲取液選為化肥溶液直接澆灌農田。新型的納米材料也用于正滲透的汲取液，像親水性磁性納米材料，只是成本較高應用于蛋白質和藥品加工富集的工程。

4 結論

正滲透技術用于水處理領域研究，主要是通過與其他傳統有壓膜納濾反滲透聯用或者是通過與微生物電化學相結合，主要是為了有效地降低成本，減輕膜污染，有效地利用正滲透膜易于分離，不需要外加壓力，膜污染較輕，容易反洗的優勢。對于汲取液的優化以及膜的制備都是需要迫切解決的問題，相信在未來優化的汲取液以及更加耐用的正滲透膜會相繼出現，正滲透技術用于水處理技術會越來越頻繁，技術也會越來越成熟。

參考文獻：

[1]Akther N，Sodiq A，Giwa A，et al.Recent advancements in forward osmosis desalination：A review[J].Chemical Engineering Journal，2015，281：502-522.

[2]潘淑芳，張珠鴻，陳金壘，等.基于正滲透的膜集成工藝應用研究進展[J].水處理技術，2018，44（10）：11-15.

[3]Zhao S，Zou L，Tang C Y，et al.Recent developments in forward osmosis：Opportunities and challenges[J].Journal of Membrane Science，2012，396：1-21.

[4]柯小雪，潘淑芳，鄭煜銘.抗污正滲透復合膜活性層的研究進展[J].水處理技術，2019（11）：7-13.

作者簡介：李志浩，男，漢族，山東臨沂人，工學碩士，山東建筑大學市政與環境工程學院市政工程專業，研究方向：水處理工程技術研究。