麦敏锋

（广州中晟环保装备工程有限公司，广东广州 510800）

正渗透技术在水和废水处理中的应用研究

麦敏锋

（广州中晟环保装备工程有限公司，广东广州 510800）

正渗透（FO）技术是一种区别于传统膜技术的新型技术，由于使用渗透压驱动，故较传统的膜技术有出水水质高、能耗低、污染小等特点，符合国家提倡的可持续发展战略，因此得到越来越多的关注。但正渗透技术在拥有其优势的同时，也在某些方面有问题，阻碍其推广使用。因此在介绍正渗透技术基础及其应用的同时也对其存在的问题进行了探究，为研究人员提供参考，以促进其大规模应用。

正渗透；水和废水处理；应用

所谓膜技术，是指利用具有选择分离功能的材料制作的膜来对料液进行不同组分的分离、春花和浓缩等过程，发展至今已经在气体分离、物料分离和水处理方面得到广泛应用，而又以水处理方面对膜的要求和需求量最大，因此在对于水和废水进行水利的膜技术方面也发展较快，包括微滤、超滤、纳滤、反渗透等由机械进行驱动传质技术，而且对于膜技术方面科技的研究从来没停止过，正渗透技术就是这种背景下研究出来的一种新型膜技术，主要用于对废水的处理。

1 正渗透技术的原理

正渗透技术的FO膜是一种选择性的渗透膜，在工作时期一端为渗透水，另一端为汲取液，由于这两者的渗透压不同，故其渗透过程是通过渗透压差来驱动的，不需要像其他技术一样需要机械驱动。如图1所示。

图1 正渗透技术的原理

在正渗透过程中，原料液中的水在渗透压的作用下穿过半透膜进入到另一侧，这是因为原料液的溶质浓度较低，为了保证渗透膜两侧的渗透压平衡，水必须由溶质浓度低的一侧向浓度高的一侧转移，而原本两侧溶液中的溶质分子或者离子则不能通过半透膜，正渗透过程会一直进行，直到渗透压差与液面相位差相等时才结束。

2 正渗透技术的应用

2.1 海水淡化

FO技术能够被用于海水淡化和含盐水等的脱盐早在上世纪就已经被提出，但是因为膜技术在当时发展较早，在材料和DS方面也有着诸多限制，而且当时进行海水淡化的市场不大，因此这个项目被人一直忽略。而到了近些年，因为膜技术的飞速发展和水资源的日益短缺，使人们逐渐把目光转移到了利用FO技术进行海水淡化，尽管人们在研究之初用一定浓度的NaCl溶液来代替海水进行脱盐研究，但也只是针对FO过程的抗污染、水通量等，而较少地关注FO过程中需要的能耗，但需知要将FO技术大规模地进行应用的话，能好使避不开的一道坎。后来的研究逐渐认识到了这点，并利用低品位的热能如热分解的氨-二氧化碳溶液作为DS来进行FO的后续分解过程，可以很轻易地将溶质去除，而FO和其他技术如膜蒸馏等组成系统也可以收到更好的效果。而截至目前，实验室已经对FO技术在含盐废水、含盐地下水、盐湖水、海水的脱盐进行了研究，如McGinnis进行的含盐废水的脱盐实验，回收率高达60%，甚至可以与蒸发浓缩技术相当。

2.2 污水处理

首先对于污水处理而言，是关乎城市人民生活的事情，所以一直较受关注，在膜技术迅速发展的时代，逐渐将膜技术引入污水处理中，也就是膜生物反应器（MBR）。在膜生物反应器发展的早期，其过程组成大多为微滤或者超滤，较之传统污水处理性能更加优秀稳定，但存在着能耗高和膜污染严重的缺点，尤其是这两种膜对于一些低分子量的污染物截留率较低，这对MBR的处理效果有一定影响。在FO技术兴起之后，有人提出用FO取代微滤和超滤，来解决上述MBR的问题，而结果也恰恰如此，OsMBR相比于MBR在能耗、抗污染、离子截留率等性能上都有所提升，但其也存在着不足，即溶质或者溶解物容易在原料液侧和反应器内积累，随后导致渗透压差的降低继而影响膜通量，有人提出将微滤或者超滤膜与FO进行并联来解决这项问题，并经过实验证明是可行的，有效解决了沉积物的问题。

3 存在的问题

尽管FO技术较传统膜技术有性能优势，但也有一些问题存在，正是这些问题阻碍着FO技术的实际应用，待这些问题被解决后才能被推广于市场。

浓差极化是主要问题之一，其分为内外部浓差极化，又分别分为稀释型和浓缩型。内外浓差极化的区别是发生在FO膜的支撑层内部和膜外部，而且当采用AL-FS模式时，外部发生浓缩型的浓差极化，而内部则发生稀释型的浓差极化；而采用AL-DS模式时结果与此相反。浓差极化都会使膜表面形成一溶质浓度分布边界层，降低水通量。膜污染是所有膜分离技术都要面对的一个难题，正渗透技术也不例外，在污染的影响下，FO的水通量被下降，但相较于反渗透技术，正渗透技术的污染程度较轻一点，因为FO过程的压力较小，形成的污染层也不会太过于牢固，简单的清洗就可以除去大部分的污染层，但要是长时间的应用下，则需要用更加专业的手段来进行清理，其类型主要为有机、无机和微生物污染三种，而又以有机污染为主。汲取液溶质返混也是一个重要的问题，它是指汲取液中的溶质通过膜进入到材料液中，它会使膜渗透压降低，从而引起膜污染。

4 结束语

正渗透技术是一种以渗透压差为驱动力进行分离的技术，较其他膜分离技术具有性能、能耗等方面的优势，但它也同时存在许多问题使其不能被大量推广应用，从而制约了其进一步发展。实验室针对正渗透技术的这些问题进行了实验并提出许多可行的建议，如采用混合系统，但也仅仅停留在实验室阶段，要想真正使其被应用，还要解决关于回收率、膜孔湿润等问题。本文在描述正渗透技术原理及其应用的基础上对其问题进行了分析，为广大志在此方向的研究者们提供了研究方向。

[1] 侯璟鑫.正渗透技术在水处理中的应用[J].中国高新技术企业，2016，（29）∶88-90.

[2] 刘晓静，吴金玲，刘春，等.正渗透技术在水和废水处理中的应用研究[J].环境科学学报，2016，（8）∶2701-2713.

[3] 林红军，陈建荣，陆晓峰，等.正渗透膜技术在水处理中的应用进展[J].环境科学与技术，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

麦敏锋（1982—），男，广东佛山人，主要研究方向为环保工程。