正滲透技術(shù)及應(yīng)用淺析

想來大家對于反滲透是再熟悉不過了，是目前工業(yè)化應(yīng)用較多的膜處理技術(shù)之一，此外還有微濾、超濾、納濾和電滲析等。由于反滲透在進(jìn)行水處理時(shí)需要依靠高壓，且有高含鹽量廢水產(chǎn)生，近年來，一種濃度驅(qū)動(dòng)的新型膜分離技術(shù)——正滲透技術(shù)受到關(guān)注，成為了膜分離領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。

何為正滲透？

正滲透又稱滲透，是指水或其它溶劑透過天然或人造的半透膜，由低溶質(zhì)濃度側(cè)傳遞到高溶質(zhì)濃度側(cè)的過程，是自然界中廣泛存在的一種物理現(xiàn)象。

正滲透是指水從較高水化學(xué)勢(或較低滲透壓)側(cè)區(qū)域通過選擇透過性膜流向較低水化學(xué)勢(或較高滲透壓)—側(cè)區(qū)域的過程。在具有選擇透過性膜的兩側(cè)分別放置兩種具有不同滲透壓的溶液，一種為具有較低滲透壓的原料液(Feedsolution)，另一種為具有較高滲透壓的驅(qū)動(dòng)溶液(Drawsolution)，正滲透正是應(yīng)用了膜兩側(cè)溶液的滲透壓差作為驅(qū)動(dòng)力，才使得水能自發(fā)地從原料液一側(cè)透過選擇透過性膜到達(dá)驅(qū)動(dòng)液—側(cè)。當(dāng)對滲透壓高的一側(cè)溶液施加一個(gè)小于滲透壓差(aTr)的外加壓力(△P)時(shí)，水仍然會(huì)從原料液壓～側(cè)流向驅(qū)動(dòng)液—側(cè)，這種過程叫做壓力阻尼滲透(Pressure-retardedosmosis，PRO)。壓力阻尼滲透的驅(qū)動(dòng)力仍然是滲透壓，因此它也是一種正滲透過程。

早在1981年Lee等就概況總結(jié)了反滲透(RO)、正滲透(FO)和減壓滲透(PRO)過程的工作原理。

正滲透不同于壓力驅(qū)動(dòng)膜分離過程，它不需要額外的水力壓力作為驅(qū)動(dòng)力，而依靠汲取液與原料液的滲透壓差自發(fā)實(shí)現(xiàn)膜分離。這一過程的實(shí)現(xiàn)需要幾個(gè)必要條件：

（1）可允許水通過而截留其他溶質(zhì)分子或離子的選擇性滲透膜及膜組件；

（2）提供驅(qū)動(dòng)力的汲取液；

（3）對稀釋后的汲取液再濃縮途徑。

正滲透過程通過具有高滲透壓的汲取液，可以透過半滲透膜將水分子自發(fā)的由低滲透壓的原水側(cè)汲取出來，而且將原水中的其他溶質(zhì)截留，然后再采用其他工藝將水從被稀釋的汲取液中分離出來，最終獲得純凈的水，汲取液可以循環(huán)利用。驅(qū)動(dòng)水分子由低濃度側(cè)向高濃度側(cè)流動(dòng)的動(dòng)力是半滲透膜兩側(cè)的滲透壓差值，其理論值可以用滲透壓公式計(jì)算。

相關(guān)研究簡摘：

正滲透膜通常由活化層和支撐層組成。早期關(guān)于正滲透過程研究均采用反滲透復(fù)合膜，但發(fā)現(xiàn)膜通量普遍較低，主要原因是復(fù)合膜材料的多孔支撐層產(chǎn)生了內(nèi)濃差極化現(xiàn)象，大大降低了滲透過程的效率。20世紀(jì)90年代，Osmotek公司（HTI公司前身）開發(fā)了一種支撐型高強(qiáng)度正滲透膜，是目前應(yīng)用較好的正滲透膜。

汲取液是具有高滲透壓的溶液體系，由溶質(zhì)和溶劑（一般是水）組成。文獻(xiàn)中報(bào)道過的驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)主要有：鹽類如NaCl、MgCl2、Al2(SO4)3、NH4HCO3等，糖類如葡萄糖、果糖等，和氣體如SO2等。

目前關(guān)于FO的研究主要集中在幾個(gè)領(lǐng)域：高性能FO膜的制備和性能優(yōu)化、傳質(zhì)分析、膜表征、膜污染以及汲取液類型的選擇和新汲取液的開發(fā)。同時(shí)，汲取液回收和再生、FO膜與其他類型膜的組合工藝的開發(fā)和應(yīng)用也逐漸成為研究熱點(diǎn)。

應(yīng)用：

正滲透技術(shù)在水處理中的應(yīng)用主要包括兩方面即海水、鹽水的淡化和污水處理。FO技術(shù)應(yīng)用于海水及鹽水淡化的原理是：利用熱解性物質(zhì)或其他易于回收的物質(zhì)作為汲取液，通過海水和汲取液之間的滲透壓差提供驅(qū)動(dòng)力產(chǎn)生純水，稀釋后的汲取液通過加熱揮發(fā)、投加藥劑沉淀等方法實(shí)現(xiàn)淡水再生。

FO技術(shù)只需要滲透壓作為驅(qū)動(dòng)力，膜污染較輕，因此在污水處理中具有很大的應(yīng)用前景。將FO膜引入膜生物反應(yīng)器(MBR)中，可以克服傳統(tǒng)的微濾、超濾MBR膜污染較嚴(yán)重的問題和需要經(jīng)常清洗更換的缺點(diǎn)；利用RO對FO過程后被稀釋的汲取液進(jìn)行回收，可以使汲取液得到循環(huán)再利用，同時(shí)產(chǎn)出高品質(zhì)的再生水。

此外，其在食品加工、能源、醫(yī)藥等領(lǐng)域也有拓展應(yīng)用。