麥敏鋒

（廣州中晟環(huán)保裝備工程有限公司，廣東廣州 510800）

正滲透技術(shù)在水和廢水處理中的應(yīng)用研究

麥敏鋒

（廣州中晟環(huán)保裝備工程有限公司，廣東廣州 510800）

正滲透（FO）技術(shù)是一種區(qū)別于傳統(tǒng)膜技術(shù)的新型技術(shù)，由于使用滲透壓驅(qū)動(dòng)，故較傳統(tǒng)的膜技術(shù)有出水水質(zhì)高、能耗低、污染小等特點(diǎn)，符合國家提倡的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，因此得到越來越多的關(guān)注。但正滲透技術(shù)在擁有其優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，也在某些方面有問題，阻礙其推廣使用。因此在介紹正滲透技術(shù)基礎(chǔ)及其應(yīng)用的同時(shí)也對(duì)其存在的問題進(jìn)行了探究，為研究人員提供參考，以促進(jìn)其大規(guī)模應(yīng)用。

正滲透；水和廢水處理；應(yīng)用

所謂膜技術(shù)，是指利用具有選擇分離功能的材料制作的膜來對(duì)料液進(jìn)行不同組分的分離、春花和濃縮等過程，發(fā)展至今已經(jīng)在氣體分離、物料分離和水處理方面得到廣泛應(yīng)用，而又以水處理方面對(duì)膜的要求和需求量最大，因此在對(duì)于水和廢水進(jìn)行水利的膜技術(shù)方面也發(fā)展較快，包括微濾、超濾、納濾、反滲透等由機(jī)械進(jìn)行驅(qū)動(dòng)傳質(zhì)技術(shù)，而且對(duì)于膜技術(shù)方面科技的研究從來沒停止過，正滲透技術(shù)就是這種背景下研究出來的一種新型膜技術(shù)，主要用于對(duì)廢水的處理。

1 正滲透技術(shù)的原理

正滲透技術(shù)的FO膜是一種選擇性的滲透膜，在工作時(shí)期一端為滲透水，另一端為汲取液，由于這兩者的滲透壓不同，故其滲透過程是通過滲透壓差來驅(qū)動(dòng)的，不需要像其他技術(shù)一樣需要機(jī)械驅(qū)動(dòng)。如圖1所示。

圖1 正滲透技術(shù)的原理

在正滲透過程中，原料液中的水在滲透壓的作用下穿過半透膜進(jìn)入到另一側(cè)，這是因?yàn)樵弦旱娜苜|(zhì)濃度較低，為了保證滲透膜兩側(cè)的滲透壓平衡，水必須由溶質(zhì)濃度低的一側(cè)向濃度高的一側(cè)轉(zhuǎn)移，而原本兩側(cè)溶液中的溶質(zhì)分子或者離子則不能通過半透膜，正滲透過程會(huì)一直進(jìn)行，直到滲透壓差與液面相位差相等時(shí)才結(jié)束。

2 正滲透技術(shù)的應(yīng)用

2.1 海水淡化

FO技術(shù)能夠被用于海水淡化和含鹽水等的脫鹽早在上世紀(jì)就已經(jīng)被提出，但是因?yàn)槟ぜ夹g(shù)在當(dāng)時(shí)發(fā)展較早，在材料和DS方面也有著諸多限制，而且當(dāng)時(shí)進(jìn)行海水淡化的市場(chǎng)不大，因此這個(gè)項(xiàng)目被人一直忽略。而到了近些年，因?yàn)槟ぜ夹g(shù)的飛速發(fā)展和水資源的日益短缺，使人們逐漸把目光轉(zhuǎn)移到了利用FO技術(shù)進(jìn)行海水淡化，盡管人們?cè)谘芯恐跤靡欢舛鹊腘aCl溶液來代替海水進(jìn)行脫鹽研究，但也只是針對(duì)FO過程的抗污染、水通量等，而較少地關(guān)注FO過程中需要的能耗，但需知要將FO技術(shù)大規(guī)模地進(jìn)行應(yīng)用的話，能好使避不開的一道坎。后來的研究逐漸認(rèn)識(shí)到了這點(diǎn)，并利用低品位的熱能如熱分解的氨-二氧化碳溶液作為DS來進(jìn)行FO的后續(xù)分解過程，可以很輕易地將溶質(zhì)去除，而FO和其他技術(shù)如膜蒸餾等組成系統(tǒng)也可以收到更好的效果。而截至目前，實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)對(duì)FO技術(shù)在含鹽廢水、含鹽地下水、鹽湖水、海水的脫鹽進(jìn)行了研究，如McGinnis進(jìn)行的含鹽廢水的脫鹽實(shí)驗(yàn)，回收率高達(dá)60%，甚至可以與蒸發(fā)濃縮技術(shù)相當(dāng)。

2.2 污水處理

首先對(duì)于污水處理而言，是關(guān)乎城市人民生活的事情，所以一直較受關(guān)注，在膜技術(shù)迅速發(fā)展的時(shí)代，逐漸將膜技術(shù)引入污水處理中，也就是膜生物反應(yīng)器（MBR）。在膜生物反應(yīng)器發(fā)展的早期，其過程組成大多為微濾或者超濾，較之傳統(tǒng)污水處理性能更加優(yōu)秀穩(wěn)定，但存在著能耗高和膜污染嚴(yán)重的缺點(diǎn)，尤其是這兩種膜對(duì)于一些低分子量的污染物截留率較低，這對(duì)MBR的處理效果有一定影響。在FO技術(shù)興起之后，有人提出用FO取代微濾和超濾，來解決上述MBR的問題，而結(jié)果也恰恰如此，OsMBR相比于MBR在能耗、抗污染、離子截留率等性能上都有所提升，但其也存在著不足，即溶質(zhì)或者溶解物容易在原料液側(cè)和反應(yīng)器內(nèi)積累，隨后導(dǎo)致滲透壓差的降低繼而影響膜通量，有人提出將微濾或者超濾膜與FO進(jìn)行并聯(lián)來解決這項(xiàng)問題，并經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明是可行的，有效解決了沉積物的問題。

3 存在的問題

盡管FO技術(shù)較傳統(tǒng)膜技術(shù)有性能優(yōu)勢(shì)，但也有一些問題存在，正是這些問題阻礙著FO技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，待這些問題被解決后才能被推廣于市場(chǎng)。

濃差極化是主要問題之一，其分為內(nèi)外部濃差極化，又分別分為稀釋型和濃縮型。內(nèi)外濃差極化的區(qū)別是發(fā)生在FO膜的支撐層內(nèi)部和膜外部，而且當(dāng)采用AL-FS模式時(shí)，外部發(fā)生濃縮型的濃差極化，而內(nèi)部則發(fā)生稀釋型的濃差極化；而采用AL-DS模式時(shí)結(jié)果與此相反。濃差極化都會(huì)使膜表面形成一溶質(zhì)濃度分布邊界層，降低水通量。膜污染是所有膜分離技術(shù)都要面對(duì)的一個(gè)難題，正滲透技術(shù)也不例外，在污染的影響下，F(xiàn)O的水通量被下降，但相較于反滲透技術(shù)，正滲透技術(shù)的污染程度較輕一點(diǎn)，因?yàn)镕O過程的壓力較小，形成的污染層也不會(huì)太過于牢固，簡單的清洗就可以除去大部分的污染層，但要是長時(shí)間的應(yīng)用下，則需要用更加專業(yè)的手段來進(jìn)行清理，其類型主要為有機(jī)、無機(jī)和微生物污染三種，而又以有機(jī)污染為主。汲取液溶質(zhì)返混也是一個(gè)重要的問題，它是指汲取液中的溶質(zhì)通過膜進(jìn)入到材料液中，它會(huì)使膜滲透壓降低，從而引起膜污染。

4 結(jié)束語

正滲透技術(shù)是一種以滲透壓差為驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行分離的技術(shù)，較其他膜分離技術(shù)具有性能、能耗等方面的優(yōu)勢(shì)，但它也同時(shí)存在許多問題使其不能被大量推廣應(yīng)用，從而制約了其進(jìn)一步發(fā)展。實(shí)驗(yàn)室針對(duì)正滲透技術(shù)的這些問題進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)并提出許多可行的建議，如采用混合系統(tǒng)，但也僅僅停留在實(shí)驗(yàn)室階段，要想真正使其被應(yīng)用，還要解決關(guān)于回收率、膜孔濕潤等問題。本文在描述正滲透技術(shù)原理及其應(yīng)用的基礎(chǔ)上對(duì)其問題進(jìn)行了分析，為廣大志在此方向的研究者們提供了研究方向。

[1] 侯璟鑫.正滲透技術(shù)在水處理中的應(yīng)用[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2016，（29）∶88-90.

[2] 劉曉靜，吳金玲，劉春，等.正滲透技術(shù)在水和廢水處理中的應(yīng)用研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2016，（8）∶2701-2713.

[3] 林紅軍，陳建榮，陸曉峰，等.正滲透膜技術(shù)在水處理中的應(yīng)用進(jìn)展[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，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

麥敏鋒（1982—），男，廣東佛山人，主要研究方向?yàn)榄h(huán)保工程。