杨超臣 喻雄 冉美惠 马英 谷战英 林锡柱 李建安

摘要：以新型聚酰胺复合正渗透膜的2种膜方位[膜的活性层朝向原料液（即AL-FS模式）和膜的活性层朝向汲取液（即AL-DS模式）]对5种不同的重金属原料液进行处理。结果表明，在AL-DS模式下各处理的正向水通量都高于在AL-FS模式下的，且同一重金属原液在2种模式下水通量差异极显著（P<0.01）。反向盐通量表现为 AL-DS 模式高于AL-FS模式，但只有砷、汞的反向盐通量在2种模式下差异显著（P<0.05）。对于同一重金属原液，Js/Jw 值表现为 AL-DS模式均低于AL-FS模式，且2种模式下的Js/Jw值都低于0.02。2种模式下对汞的拦截效果都很好，拦截率分别达到99.50%（AL-DS模式）、90.66%（AL-FS模式），其中以铅、砷、汞为原液时，重金属拦截率表现为AL-DS模式高于AL-FS模式，以镉、铬为原液时结果相反。

关键词：新型聚酰胺复合正渗透膜;不同膜朝向;AL-FS模式;AL-DS模式;重金属;水处理

中图分类号： X712  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2019）05-0222-03

收稿日期：2017-10-24

基金项目：2014年度引进国际先进林业科学技术项目（编号：2014-4-26）;湖南省教育厅优秀青年科学研究项目（编号：16B278）;湖南省校企合作创新创业教育基地（编号：2016-436-10）。

作者简介：杨超臣（1991—），男，河南商丘人，硕士研究生，研究方向为经济林生态栽培与利用。E-mail：1358058246@qq.com。

通信作者：李建安，博士，教授，博士生导师，研究方向为经济林生态经营。E-mail：lja0731@126.com。

正渗透水处理技术（forward osmosis，简称FO）由于其低能耗、膜污染较低、易于清洗、高截留、高水回收率等优点，获得了较好的发展空间[1]。与反渗透相比，正渗透是一个渗透驱动膜过程，利用溶液滲透压差驱动水从原料液侧透过半透膜到达驱动膜侧。正渗透优势明显，有望成为反渗透技术联合水处理的最佳辅助手段[2]。

正渗透水肥一体化灌溉技术在重金属污染地区农林生产中有重要应用前景，特别是在有较高利用价值的经济作物栽培灌溉上，正渗透处理后的汲取液可直接用于灌溉苗木，可大幅度减少农作物肥料污染，是获得绿色农产品的关键。而获得高效正渗透膜是应用这一技术的关键。近几年来，正渗透膜技术不断改进，相继出现了不同的正渗透膜[3-6]，正渗透技术又重新回归人们的视野，但是关于正渗透膜对重金属截取率以及有机污染物的研究并不多。由于目前多数正渗透膜水通量不高，影响了正渗透技术的发展，复合正渗透膜因其性能良好、具有相对高的水通量等特点得到越来越多研究者的重视[7-8]。

正渗透汲取液是影响正渗透过程的另一个重要因素。在废水正渗透处理方面，有研究采用天然海水作为正渗透汲取液处理生活废水[3]，因为天然海水在滨海地区易于获得且产物水易于处理。澳大利亚悉尼科技大学的Phuntsho等将化肥作为正渗透过程的汲取液[9-10]，实现了水处理与农田灌溉的有机结合。

本研究采用正渗透技术，以磷酸二氢钾溶液作为汲取液，以重金属废水作为原料液，研究新型聚酰胺复合正渗透膜对水中重金属的处理效果，以及将该技术应用于葡萄、油茶、枣树等的灌溉效果，以期为正渗透的改进、正渗透在重金属污染地区的灌溉用水净化及正渗透水肥一体化灌溉的应用提供一定的参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

正渗透水处理设备，由西安皓海嘉水处理科技有限责任公司生产;新型聚酰胺复合正渗透膜，由中国海洋大学研制（聚砜多孔支撑膜有效面积为0.02 m2，支撑厚度为79 μm，膜厚度为96 μm）;TDS-3笔，购自广州家贝科技有限公司;AFG原子吸收分光光度计、PF7原子荧光光度计，购自北京普析通用仪器有限责任公司;UV-7504c紫外分光光度计，购自上海精密科学仪器有限公司。

1.2 试验原理

正渗透处理小试设备操作流程见图1。

1.3 试验方法

试验于中南林业科技大学经济林育种与栽培国家林业局重点实验室进行，试验时间为2017年1—5月。分别以浓度均为1 mg/L的汞、铬、镉、砷、铅重金属溶液作为原料液，以 1 mol/L 磷酸二氢钾溶液作为汲取液并置于25 ℃水浴锅中，分别对聚酰胺复合膜不同朝向[膜的活性层朝向原液（即AL-FS 模式）和膜的活性层朝向汲取液（即AL-DS模式）]的膜性能和重金属拦截情况进行测试。汲取液流速为 0.4 L/min，原液流速为4 L/min，开启设备，每15 min记录1次数据，运行2 h后取水样50 mL，装入聚乙烯瓶中，贴好标签。检测水样中的重金属含量。试验设置3次重复。

按照下列公式计算正向水通量、反向盐通量、Js/Jw及R：

式中：Jw为正向水通量， 是t（h）时间透过面积为A（m2）的正

渗透膜的水量ΔW，L/（m2·h）;ρw为水的密度，kg/m3。

式中：Js为反向盐通量，mol/（m2·h）;v1为t1时间原液的体积，L;v2为t2时间原液的体积，L;TDS1为t1时间原液的溶解性总固体浓度，mg/L;TDS2为t2时间原液的溶解性总固体浓度，mg/L;t1为记录开始时间，h;t2为记录结束时间，h;（t2-t1）取值 30 min;2 721.8为毫克转化为克的系数1 000、膜面积0.02 m2和磷酸二氢钾的摩尔质量136.09 g/mol的乘积。

Js/Jw反映膜的拦截性能，与水通量、反向盐通量相关。

综上，综合考虑4种指标，建议采用AL-DS模式以提高灌溉水处理效率。提高正渗透膜的性能是正渗透领域正在解决和有望解决的问题，这也将从根本上解决正渗透的瓶颈问题。

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