浅谈水处理中的正渗透技术
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摘 要：目前的水处理技术发展迅速，膜分离技术作为水处理技术中重要的一环，正渗透在不需要外加压力的条件下可以有效的去除水中的污染物，展现较高的去除率，正渗透技术用于海水淡化，污水处理以及水质净化方面，在与纳滤、反渗透联用以后，可以有效地提高水处理的效率，减缓膜污染。
关键词：正渗透;膜污染;水处理;纳滤
1 绪论
目前水资源短缺已成为制约我国经济发展的关键因素，全球的可以利用的淡水资源也依旧短缺，并且水体污染时有发生，水质问题依旧严峻。近年来，由于政府加大发展饮用水的处理技术，我国居民的饮用水得到了一定的保障。传统的水处理设备构筑物由于占地面积大，成本高，而且设备维修麻烦。能有效解决这些急迫问题的膜分离技术应运而生，现有的膜分离技术有微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）和反渗透（RO）等，随着膜技术的发展，海水淡化也提上了新的高度，纳滤与反渗透对于处理高盐水具有很高的效率，但是造成的膜污染难以解决，并且能耗高。膜分离技术迫切需要膜污染轻，能耗低，操作简单，易分离的新型膜技术出现，因此正渗透这种具有以上优点的膜分离技术出现了，并且在饮用水处理领域展现了巨大的潜力，已经成为膜分离领域的研究热点。本文就正渗透在水处理中的情况进行分析。
2 正滲透
正渗透是在不使用外加压力的条件下，仅靠膜两侧溶液的渗透压来提供动力，使纯水从化学势能较高的一侧通过正渗透膜流向化学势能较低的一侧，来实现污染物与水的分离。正渗透具有能耗低、截留能力强，抗膜污染能力强，膜污染程度小的优点[1]。目前正渗透技术在水处理中，主要用于海水淡化，污水处理以及净化水质等方面。
2.1 海水淡化
在20世纪末期，由美国公司生产的商用正渗透膜正式用于脱盐，该正渗透膜应该具有较高的水通量，较低的盐通量以及内部浓差极化，内部浓差极化较低说明膜的支撑层应该足够薄，孔隙率大。在海水淡化方面由于受到汲取液提纯的局限性，正渗透一般需要跟其他工艺进行组合[2]，比如将汲取液换成葡萄糖、蔗糖等物质，在处理过后的混合水可以作为可以直接饮用不需要回收的营养液;或者回收无机溶剂，使用加热分解（NH4CO3作为汲取液），磁力分离（磁性纳米颗粒作为汲取液）以及沉淀（饱和KNO3作为汲取液）等，目前HTI公司生产出一种用于积极救援的简易水质净化设备，叫做净水水袋，它由双层袋装的结构，最内层使选择性透过膜外层使用防水材料，防止漏水并且起保护作用，内部装有人类需要的营养物质，使用起来简单，并且安全可靠。可以用于自然灾害发生后的紧急救援，为人们提供简易的生存保障，也可以用于航空航天，为宇航员提供急需的能量。
2.2 污水的处理
正渗透膜分离技术还使用在生活污水处理方面，与海水相比较，生活污水中溶解性有机物更加复杂并且生活污水的渗透压较低，会造成更严重的膜污染。在1980s以后，国外的研究者就将海水作为汲取液处理生活污水了，同时将正渗透与反渗透结合起来，使得组合工艺具有正渗透技术的抗污染性，反渗透膜分离技术能够有效分离污染物与纯水，正渗透/反渗透还可以对水厂淤泥进行浓缩，现在正渗透技术已经用于处理含油的废水，生活污水，垃圾渗滤液等[3]。有研究者将正渗透与膜生物反应器联用可以有效的利用正渗透膜的截留作用与生物对活性污泥的降解作用，能够有效去除99%的有机物与98%的氨氮。由于膜污染的存在，研究者在此基础上将电化学技术加入到正渗透膜生物反应器中，在处理污水的同时还能产电，同时改变膜与微生物的特性，减缓了膜污染，加强了污染物去除。总之，正渗透技术在发展中不断补充新的技术，正渗透技术作为良好基础，其他技术可以不断进行优化。
2.3 正渗透对水质的净化
正渗透在对污染物的截留方面的研究明显少于其他的传统压力膜，有研究表明正渗透对于去除天然雌性激素和雌二醇有较好的去除率54，研究证明正渗透对某些疏水性痕量有机物的去除要优于反渗透。正渗透用于饮用水处理领域时，为了获得较高的纯水，通常需要将正渗透与其他压力膜工艺联用，现在较为常见的正渗透组合工艺是正渗透与纳滤反渗透联用，主要是因为反渗透在脱盐方面具有工艺相对稳定，成本较低，并且反渗透技术已经相当成熟。有研究将正渗透与反渗透组合工艺处理受污染的水源与海水，经过两级循环利用，这种组合工艺的回收率能够达到63%。正渗透与纳滤联用的组合工艺具有较高的出水水质，经过简单的物理清洗后就具有较高的通量恢复，而且造成的膜污染较低，需要的操作压力较小，其中正渗透与纳滤联用的脱盐率可达到97.7%。
3 正渗透的汲取液研究
目前对于正渗透的研究主要是对于汲取液的选择与膜污染的研究。当前对于汲取液的选择是一个重要的技术课题，研究表明汲取液的选择应该具有分子量较小，溶解度高渗透压高，最好是可以回收利用，没有环境污染，在经济上价格低，对人体没有伤害，还有较高的水通量与较低的反向溶质通量[4]。但是目前的研究表明能提供较高的水通量必定会有较大的渗透拽力，从而会使得污染物更容易沉在膜表面与膜内侧支撑层，同时还会有较高的反向溶质通量，比如NaCl，KCl，为了减轻回收利用的成本，将汲取液选为化肥溶液直接浇灌农田。新型的纳米材料也用于正渗透的汲取液，像亲水性磁性纳米材料，只是成本较高应用于蛋白质和药品加工富集的工程。
4 结论
正渗透技术用于水处理领域研究，主要是通过与其他传统有压膜纳滤反渗透联用或者是通过与微生物电化学相结合，主要是为了有效地降低成本，减轻膜污染，有效地利用正渗透膜易于分离，不需要外加压力，膜污染较轻，容易反洗的优势。对于汲取液的优化以及膜的制备都是需要迫切解决的问题，相信在未来优化的汲取液以及更加耐用的正渗透膜会相继出现，正渗透技术用于水处理技术会越来越频繁，技术也会越来越成熟。
参考文献：
[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，张珠鸿，陈金垒，等.基于正渗透的膜集成工艺应用研究进展[J].水处理技术，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，郑煜铭.抗污正渗透复合膜活性层的研究进展[J].水处理技术，2019（11）：7-13.
作者简介：李志浩，男，汉族，山东临沂人，工学硕士，山东建筑大学市政与环境工程学院市政工程专业，研究方向：水处理工程技术研究。
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