任駿鵬，NGO Huu Hao，李文凱，李鵬宇，劉俊新，鄭天龍

（1. 天津城建大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院，天津 300384；2. 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，北京 100085；3. 悉尼科技大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，澳大利亞 悉尼市 2007）

我國水資源嚴(yán)重短缺，農(nóng)業(yè)總用水量占全國總用水量的60%以上，但其用水效率不高，因此提高農(nóng)業(yè)用水效率或開發(fā)可替代農(nóng)業(yè)灌溉用水的水源是解決水資源短缺的重要途徑。我國每年污水排放量近千億t，但其作為非常規(guī)水資源回用率不足15%，因此就近回收污水中的凈水并用于農(nóng)業(yè)灌溉具有廣闊地應(yīng)用前景。但常規(guī)污水處理工藝對微污染有機(jī)物（抗生素、內(nèi)分泌干擾物等）、病原體和重金屬離子等去除或截留能力有限[1?3]，處理后出水用于農(nóng)作物灌溉存在潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)。

化肥驅(qū)動(dòng)正滲透（fertilizer driven forward osmosis，F(xiàn)DFO）處理污水工藝是以化肥溶液為汲取液(draw solution，DS)，污水為進(jìn)料液（feed solution，F(xiàn)S），從而依靠選擇性正滲透膜兩側(cè)的滲透壓差為驅(qū)動(dòng)力自發(fā)實(shí)現(xiàn)水分子由污水向DS傳遞的膜分離濃縮過程。該工藝具有能耗低、污染物截留率高和膜污染傾向低等特點(diǎn)，能有效的截留污水中的微污染有機(jī)物（抗生素、內(nèi)分泌干擾物等）[3]、病原菌[4]和重金屬離子[5]等污染物。同時(shí)，化肥DS在FDFO工藝處理污水過程中會被逐步稀釋，當(dāng)濃度適宜（氮15～200 mg·L?1、磷 5～60 mg·L?1、鉀 8～250 mg·L?1[6?7])時(shí)可直接用于水肥一體化農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)，從而一定程度解決水資源短缺，實(shí)現(xiàn)污水處理與農(nóng)業(yè)灌溉有效協(xié)同。

目前，F(xiàn)DFO處理生活污水處于實(shí)驗(yàn)室小試[1,3,8?15]和部分現(xiàn)場中試階段[16?17]。規(guī)?；^程中面臨的挑戰(zhàn)主要在于：與開發(fā)更高水通量和選擇性的正滲透膜相比，提高膜污染緩解技術(shù)水平、優(yōu)化膜表面流體流態(tài)和改進(jìn)膜裝置設(shè)計(jì)對提高正滲透工藝性能更具可行性[18]。因此，本文結(jié)合近10年FDFO處理生活污水的研究進(jìn)展，綜述了FDFO工藝的裝置類型與工藝流程、評價(jià)指標(biāo)和其影響因素的研究現(xiàn)狀，并對FDFO處理生活污水規(guī)?；膽?yīng)用前景進(jìn)行了展望。

1 研究現(xiàn)狀

1.1 膜裝置

正滲透膜裝置有板框式、螺旋式和中空纖維式3種類型，且膜裝置類型影響工藝性能。與螺旋式相比，板框式通道內(nèi)更低的DS壓降使可串聯(lián)膜單元的數(shù)量更多，進(jìn)而單位膜面積占地更小[19]，且板框式水通量下降更低、污染物截留率高，可實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定運(yùn)行（FS：二沉池出水，DS：NaCl）[20]；螺旋式中膜的彎曲使膜支撐層的結(jié)構(gòu)參數(shù)增加，傳質(zhì)系數(shù)減半，嚴(yán)重影響膜性能[21?22]；以 NaCl溶液為FS/DS, CORZO et al[23]對3種商業(yè)化膜裝置進(jìn)行性能分析發(fā)現(xiàn)其水通量大小關(guān)系為：板框式>螺旋式>中空纖維式，且中空纖維式（三醋酸纖維(cellulose triacetate，CTA)膜）鹽截留率更低。由上可知，板框式膜裝置更適合FDFO處理污水。

FDFO處理污水以采用板框式膜裝置為主，見表1和表2。

表1 FDFO處理污水過程中主要的水質(zhì)參數(shù)、工藝條件和對應(yīng)的三醋酸纖維素正滲透膜性能

續(xù)表 1

表2 FDFO處理污水過程中主要水質(zhì)參數(shù)、工藝條件和對應(yīng)的復(fù)合正滲透膜性能

板框式膜裝置有實(shí)驗(yàn)室小試裝置及商業(yè)化中試裝置兩類，按所含F(xiàn)O膜片的數(shù)量，實(shí)驗(yàn)室小試裝置有單膜式與雙膜式（浸沒式）2種，有效膜面積不超過350 cm2，膜裝置可采用網(wǎng)格墊片[13]或在通道內(nèi)設(shè)置導(dǎo)流板[8]；商業(yè)化裝置（膜裝置內(nèi)僅FS側(cè)有網(wǎng)狀墊片）為多膜式，膜組件由33個(gè)單元組成，每個(gè)單元含有2片F(xiàn)O膜，總有效膜面積為7 m2[16，20]，膜裝置總有效膜面積因含膜組件的數(shù)量而變化。實(shí)驗(yàn)室小試裝置及商業(yè)化裝置均已應(yīng)用于FDFO處理污水。

1.2 工藝流程

本節(jié)重點(diǎn)以板框式膜裝置為例，從FS/DS是否循環(huán)及流向兩方面詳細(xì)介紹FDFO處理污水的工藝流程。在FS/DS是否循環(huán)方面：實(shí)驗(yàn)室小試裝置膜有效面積小，F(xiàn)S或DS不循環(huán)時(shí)汲取的水量對FS的濃縮或DS的稀釋影響較小，因此實(shí)驗(yàn)室小試實(shí)驗(yàn)的工藝流程中FS或DS通常為循環(huán)狀態(tài)，且為減少FS供給的能耗，可使FS為靜止?fàn)顟B(tài)；商業(yè)化中試裝置采用FS不循環(huán)，被稀釋DS經(jīng)納濾處理后的濃縮液重復(fù)作為DS的工藝流程。在FS/DS流向方面：實(shí)驗(yàn)室小試單膜式裝置有并流與逆流2種形式，而實(shí)驗(yàn)室雙膜式小試裝置FS為靜止?fàn)顟B(tài)，DS為流動(dòng)狀態(tài)，商業(yè)化中試裝置有并流與錯(cuò)流2種形式，但錯(cuò)流形式尚未應(yīng)用于FDFO處理污水；流向?qū)DFO處理污水工藝性能的影響無直接研究，但以去離子水（deionized water, DIW）/NaCl為FS，NH4HCO3/ NaCl/KCl為 DS 的研究[24?27]表明，流向的差異對水通量無顯著影響（不超過10%）。簡而言之，依據(jù)膜裝置所含膜片的數(shù)量，實(shí)驗(yàn)室小試實(shí)驗(yàn)的工藝流程可分為單膜循環(huán)并流式[9?10，28]、單膜循環(huán)逆流式[1，3，11?12]、雙膜循環(huán)式[8，13?14，29]和雙膜不循環(huán)式[15]4種，中試實(shí)驗(yàn)的工藝流程為多膜半循環(huán)并流式[16]。

1.3 測試條件

FDFO的測試條件主要可分為膜類型、污水水質(zhì)、化肥DS和其他條件4方面。

1.3.1 膜類型 FO膜可分為CTA膜、復(fù)合（thin-film composite，TFC）膜、水通道蛋白膜和自制膜4類，但CTA及TFC膜常用于FDFO處理污水的實(shí)驗(yàn)，采用的正滲透膜多為Hydration Technology Innovations公司的CTA膜，其余有Fluid Technology Solution 公司的CTA膜、Toray Industry公司、Hydration Technology Innovations公司和Porifera公司的TFC膜。

1.3.2 污水水質(zhì) FDFO處理的污水有模擬污水和實(shí)際污水。其中模擬污水有模擬生活污水和模擬市政污水，實(shí)際污水有厭氧膜生物反應(yīng)器進(jìn)水與出水、膜生物反應(yīng)器上清液與出水、一級出水、二級出水、原污水及中水。

1.3.3 化肥DS 根據(jù)DS溶質(zhì)數(shù)量的不同，化肥DS可分為單一溶質(zhì)、等摩爾濃度混合溶質(zhì)和多組分溶質(zhì)3類，單一溶質(zhì)有11種，以摩爾濃度和滲透壓衡量其濃度；等摩爾濃度混合溶質(zhì)有4種；多組分溶質(zhì)有復(fù)合肥及液肥2種，復(fù)合肥濃度以摩爾濃度和質(zhì)量濃度衡量；液肥濃度以體積百分?jǐn)?shù)或滲透壓衡量。

1.3.4 其他條件 多數(shù)實(shí)驗(yàn)在工藝運(yùn)行中不控制FS/DS的滲透壓，而CHEKLI et al[17]添加自來水使FS滲透壓不變；XIE et al[3]保持DS滲透壓恒定測定恒滲透壓水通量；CORZO et al[23]保持FS、DS的滲透壓分別為0.2 Mpa、1.0 Mpa，以測定DS溶質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)化反向鹽通量。除少數(shù)研究未指明膜朝向，一般均使膜活性層朝向FS，且實(shí)驗(yàn)采用水浴加熱或在控溫實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，使FS/DS的溫度處于20 或 25 ℃。

2 評價(jià)指標(biāo)

FDFO處理污水的工藝性能可從污水處理效果、化肥DS、膜污染和經(jīng)濟(jì)性4方面評價(jià)，見表3。

表3 FDFO處理污水主要工藝性能評價(jià)指標(biāo)

在污水處理效果評價(jià)方面，包括污染物截留、被汲取的難易及溶質(zhì)積累3方面的工藝性能評價(jià)。污染物截留可用截留率和污染物通量評價(jià)[1，10]；污水被汲取的難易可用比水通量、累積回收水體積或水回收率評價(jià)，比水通量[11]和累積回收水體積[13?14]可評價(jià)不同類型污水中凈水被汲取的難易程度，水回收率[9，28]評價(jià)污水被濃縮的程度；溶質(zhì)積累程度用某一溶質(zhì)在污水被濃縮前后的溶質(zhì)積累、溶質(zhì)積累百分比或濃縮效應(yīng)評價(jià)，由于溶質(zhì)積累為濃縮效應(yīng)和DS溶質(zhì)反向滲透共同造成，兩者對溶質(zhì)積累的貢獻(xiàn)可用溶質(zhì)積累百分比表達(dá)[13?14]。

在化肥DS溶質(zhì)評價(jià)方面，包括溶質(zhì)反滲透、汲取能力和直接澆灌可行性3方面的工藝性能評價(jià)。溶質(zhì)反滲透常用反向溶質(zhì)通量[20]（reverse solute flux, RSF）、比反向溶質(zhì)通量[29]（specific reverse solute flux, SRSF）、反向鹽通量選擇性[9]（reverse salt flux selectivity, RSFS）或營養(yǎng)鹽損失率[13]評價(jià)，RSF表示單位時(shí)間DS溶質(zhì)通過單位膜面積滲透至污水中的質(zhì)量，而為衡量從污水中回收水量與化肥DS溶質(zhì)反向滲透至污水而損失質(zhì)量的關(guān)系，通常用SRSF表示每回收1 L水化肥DS溶質(zhì)損失的量，也可用RSFS表示每損失單位質(zhì)量化肥DS溶質(zhì)回收的水體積；化肥DS溶質(zhì)的汲取能力可用平均水通量、初始水通量、比水通量和累積回收水體積評價(jià)；稀釋后化肥DS直接澆灌可行性可用稀釋因子[11]或稀釋率[13]評價(jià)，稀釋因子表示化肥DS被稀釋的倍數(shù)，而稀釋率可直觀反應(yīng)回收水體積與理論所需水體積的關(guān)系。

在膜污染評價(jià)方面，包括膜通量下降與膜污染清洗兩方面的工藝性能評價(jià)。膜通量下降可用水通量下降百分比表示，在不控制污水和化肥DS滲透壓時(shí)，膜水通量的下降是由濃縮效應(yīng)、稀釋效應(yīng)和膜污染共同引起的，為衡量膜污染對水通量下降的影響，首先需以與污水等離子強(qiáng)度但不含污染物的溶液為FS，進(jìn)行基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)，以測試基準(zhǔn)水通量下降百分比[30]，該指標(biāo)表示濃縮效應(yīng)和稀釋效應(yīng)引起的通量下降[31]。然后以污水為FS，測試膜污染條件下水通量下降百分比，因此，上述2個(gè)指標(biāo)的差值即為膜污染造成的膜水通量下降；污染膜的清洗效果常用水通量恢復(fù)率衡量[30]。

在經(jīng)濟(jì)性評價(jià)方面，包括能耗和規(guī)模應(yīng)用成本兩方面的工藝性能評價(jià)。能耗采用比能耗[29]（回收單位體積水泵所消耗的能量）表示，常用于小試實(shí)驗(yàn)經(jīng)濟(jì)性評價(jià)；規(guī)模應(yīng)用成本采用單位體積水回收成本（總成本與總回收水體積的比值）表示[11]，常用于規(guī)模應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性評價(jià)。

3 工藝影響因素

3.1 工藝構(gòu)成

3.1.1 膜裝置尺寸 板框式膜裝置尺寸（膜有效面積的長、寬和對應(yīng)的通道高度）影響污水處理效果、化肥DS的性能和工藝的經(jīng)濟(jì)性。目前無膜裝置尺寸對FDFO處理污水工藝性能影響的直接研究，相關(guān)研究僅為模擬實(shí)驗(yàn)。XUE et al[32]（DS：模擬海水、FS：模擬市政污水）構(gòu)建的模型預(yù)測結(jié)果表明，膜長（0～25 m）增加，回收水體積、水回收率和FS濃縮倍數(shù)增加，但FS溶質(zhì)截留率減少，且膜長為10 m時(shí)水通量達(dá)到最大值，超過15 m后急劇下降；而 LEE et al[33]（FS：DIW，DS：NaCl）的空間變化模型表明，膜長增加（0.5～2.5 m），水通量和RSF均逐漸降低，且膜長與資本投入直接相關(guān)。膜寬度增加（0.1～0.3 m），水通量和RSF變化不超過4%[33]。低的通道高度（1～2 mm）加速FS的濃縮和DS的稀釋，從而導(dǎo)致水通量相對較低和膜裝置下游水通量的急劇下降，且在不考慮膜污染和營養(yǎng)鹽結(jié)晶沉淀的條件下，通道高度增加，比水通量和FS溶質(zhì)截留率增加，水回收率和FS溶質(zhì)濃縮因子減小[32]。由上可知，膜裝置的長、寬、高作為獨(dú)立因子考察時(shí)，長和高對工藝性能有顯著影響，但不應(yīng)忽略流量一定時(shí)，寬與高共同決定流速，即寬與高有交互作用。因此,在研究膜裝置尺寸對FDFO處理污水工藝性能的影響時(shí)，在考慮其對污水處理效果、化肥DS、膜污染和經(jīng)濟(jì)性影響的同時(shí)，應(yīng)注意寬與高的交互作用。

3.1.2 污水水質(zhì) 污水水質(zhì)對FDFO工藝在污水處理效果、化肥DS、膜污染和經(jīng)濟(jì)性4方面均可產(chǎn)生顯著影響。就污水處理效果而言，污水中某種溶質(zhì)的濃度是否超過某一閾值可能決定溶質(zhì)積累的主因是濃縮效應(yīng)或是RSF，例如：一級出水（K+：128.4±3.6 mg/L）為 FS，液肥 (K+：43 100±2 800 mg/L)為DS，濃縮效應(yīng)是K+溶質(zhì)積累的主因[14]，而中水（K+：10.5±1.2 mg/L）為 FS，復(fù)合肥（K+：715 mg/L）為DS，RSF為K+溶質(zhì)積累的主因[13]；在化肥DS方面，污水水質(zhì)影響化肥DS的水通量和RSF。與DIW相比，中水作為FS時(shí)其初始水通量明顯降低[13]，二級出水或灰水為FS時(shí)，液肥的RSF有所降低[3，14]，且污水水質(zhì)可能影響濃度對初始水通量的增幅：當(dāng)NH4H2PO4或（NH4）2HPO4的濃度從 1 mol增加至2 mol，厭氧膜生物反應(yīng)器出水為FS時(shí)，初始水通量增幅在20%以上（使用CTA膜）[10]，而模擬市政污水為FS時(shí)增幅低于5%（使用TFC膜）[9]。污水水質(zhì)相近時(shí)其平均水通量、比水通量基本相同，但水質(zhì)差異較大（例如膜生物反應(yīng)器上清液與原污水）時(shí)，原污水使比水通量急劇下降[11，14]，進(jìn)而減小化肥DS的稀釋率[11]；在膜污染方面,污水水質(zhì)決定了水通量下降的主因：當(dāng)FS為MBR上清液、MBR出水時(shí)，水通量下降的主因是稀釋效應(yīng)，當(dāng)FS為原污水時(shí)，水通量急劇下降的主因是膜污染[11]；在經(jīng)濟(jì)性方面，污水影響回收單位體積水的能耗：從活性污泥處理前一級沉淀池出水中回收單位體積水的能耗高于活性污泥處理后二級沉淀池出水[14]。簡而言之，污水與化肥DS共有離子的濃度影響溶質(zhì)積累及化肥DS的RSF，污水中可形成膜污染物質(zhì)的濃度影響膜污染，進(jìn)而通過膜污染影響化肥DS汲取水的能力，最終導(dǎo)致回收單位體積水的能耗不同。

3.1.3 化肥DS 化肥DS不同對污水中有機(jī)物的截留無顯著影響，但對化肥DS性能和膜污染的作用效果具有差異。

對污水中有機(jī)物的截留：KCl、NH4H2PO4和(NH4)2HPO4分別為DS時(shí)，污水中不同有機(jī)微污染物（阿特拉津、咖啡因等）通量不同，但每種有機(jī)微污染物的截留率為91.8%～99.7%[10]，且KCl、KNO3和KH2PO4分別為DS時(shí)，污水中溶解性有機(jī)物的截留率均高于97%（不能截留部分低分子量的電中性有機(jī)物）[1]。

化肥DS主要在純度、溶質(zhì)種類和溶質(zhì)數(shù)量3方面影響水通量、RSF等化肥DS性能。就化肥DS的純度而言，當(dāng)復(fù)合肥中不溶性顆粒物不離心去除，直接用作DS時(shí)，其初始水通量可減少5倍[13]，而液肥中的腐殖酸（不超過2 g/L）對水通量、RSF無明顯影響[3]。單一溶質(zhì)DS因溶質(zhì)種類不同其水通量及RSF差異較大，KCl、NH4Cl和NH4SO4等平均水通量較高[9,28]，KH2PO4、NH4H2PO4等RSF 較小[1,9?10,12]；DS 為等比例混合溶質(zhì)時(shí)其初始水通量通常高于單一溶質(zhì)，低于2種單一溶質(zhì)單獨(dú)作為DS的初始水通量之和[9]，但尿素+KNO3、尿素+NaNO3和(NH4)2SO4+KNO3等比例混合時(shí)其初始水通量大于2種單一溶質(zhì)單獨(dú)作為DS的水通量之和；在等滲透壓或等質(zhì)量濃度條件下，與單一溶質(zhì)DS相比，復(fù)合肥或液肥的平均水通量較低[28]，但復(fù)合肥各溶質(zhì)的RSF較小。且混合2種或2種以上的肥料雖有助于降低最終營養(yǎng)鹽濃度[9]，但作用較小，仍無法滿足直接澆灌要求（氮：15～200 mg/L、磷：5～60 mg/L、鉀：8～250 mg/L)。

在膜污染方面，不同化肥DS溶質(zhì)影響膜通量下降及膜清洗效果：與KCl、KH2PO4相比，KNO3為DS膜生物污染最嚴(yán)重，使水通量下降60%[1]；厭氧池出水為FS時(shí)，與NH4H2PO4、KH2PO4相比，KCl為DS膜的清洗效果最好[12]?；蔇S的選取除考慮其在污水處理效果、化肥DS性能和膜污染等方面的影響外，還應(yīng)注意其灌溉農(nóng)作物及其生長期不同所需營養(yǎng)鹽的差異，從而科學(xué)地應(yīng)用化肥DS，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量。

3.2 運(yùn)行參數(shù)

3.2.1 溫度 目前溫度對正滲透工藝性能影響的研究多為理論研究[3,34?38]，未見直接探究溫度對FDFO處理污水工藝性能影響的研究，但溫度對FS/DS物質(zhì)的截留能力、DS的汲取能力和膜污染均有影響。

溫度對截留能力的影響主要表現(xiàn)為對FS中溶質(zhì)的截留率和DS溶質(zhì)反滲透的影響，且溫度對兩者的影響因FS或DS的濃度或溶質(zhì)等不同而具有差異:溶質(zhì)為無機(jī)離子，該差異可能主要是膜兩側(cè)雙向傳遞離子間的電中和效應(yīng)[39]和靜電相互作用[40]引起的；溶質(zhì)為有機(jī)物時(shí)，該差異與有機(jī)物是否帶電有關(guān)[2]。例如，在對FS中溶質(zhì)截留方面：NaCl為 DS，模擬灰水為 FS，溫度升高 (20～50 ℃)，NO3?、NH4+、TN和Mg的截留率最高分別減少4.3%、1.2%、2.6%和2.5%，但表面活性劑直鏈烷基苯磺酸鈉的截留率不隨溫度變化，而KCl為DS，NaCl為FS時(shí)，NaCl的截留率隨溫度的變化與KCl的濃度有關(guān)[34]；在對DS溶質(zhì)反滲透影響方面：以商業(yè)肥為DS，背景電解質(zhì)溶液（20 mmol/L NaCl和1 mmol/L NaHCO3）為 FS，RSF 隨溫度的增加（5～45 ℃）而增加[3]，但 KCl為 DS，DIW/NaCl為FS 時(shí)，溫度升高（25～45 ℃），RSF 和 SRSF 均先減小后增加，在 35 ℃有最小值[34]。

溫度主要通過改善膜邊界層的質(zhì)量擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)[37]影響水通量。當(dāng)FS與DS等溫時(shí)（FS：背景電解質(zhì)溶液，DS：商業(yè)肥），溫度從 5 增至 45 ℃，水通量增加4倍[3]；當(dāng)FS與DS存在溫差（FS：模擬灰水，DS：NaCl），溫度增加至不超過 30 ℃ 時(shí)，僅加熱FS為提高水通量的最佳選擇，當(dāng)增溫至40 ℃/50 ℃，F(xiàn)S和DS等溫對水通量的增加更有效[34]，且實(shí)驗(yàn)及溶質(zhì)擴(kuò)散模型均表明，升溫比增加DS濃度更能有效提高水通量[35,38]，而且通過升溫增加水通量有利于提高化肥DS直接用于澆灌的可行性。此外，溫度亦影響膜污染。以海藻酸鈉為FS，NaCl為DS，溶液等溫變化(20～50 ℃)，溫度越高，回收等體積水膜通量下降越急劇，而FS與DS不等溫時(shí)，較高的DS溫度使膜通量下降更嚴(yán)重。

由上可知，F(xiàn)S/DS的溫度是影響正滲透工藝性能的重要參數(shù)。在規(guī)模應(yīng)用中改變大量FS/DS的溫度可行性較低，但仍需注重對FS/DS溫度的控制，以提高FDFO處理污水工藝的工藝性能，例如：在修建FDFO處理污水工藝系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)考慮到夏天增加FS/DS與環(huán)境的接觸以提高其溫度，而冬天則需采取保溫措施。

3.2.2 DS初始濃度 DS初始濃度的變化影響污水處理效果、化肥DS性能、膜污染和工藝經(jīng)濟(jì)性。

在污水處理效果方面，DS初始濃度的變化影響污水的回收率、溶質(zhì)積累等，但對部分有機(jī)污染物的截留沒有影響。例如：當(dāng)KCl等9種溶質(zhì)分別為DS時(shí)，DS初始濃度增加，除NH4Cl和NH4H2PO4的水回收率增幅為負(fù)值外，水回收率（濃縮率）增幅在2%～28.8%不等[9]，但DS初始濃度增加使RSF升高，從而增加了RSF對溶質(zhì)積累的貢獻(xiàn)[29]；（NH4）2HPO4等為DS，含有機(jī)微污染物模擬水為FS，污水中有機(jī)微污染物（咖啡因等）正向通量及截留率與DS濃度無明顯關(guān)系[10]。對于化肥DS性能，DS初始濃度影響DS的汲取能力、溶質(zhì)反滲透和稀釋后化肥DS直接澆灌的可行性。DS初始濃度增加，初始水通量[9?10,13,28]、比水通量[13,28]和平均水通量[10,11]均相應(yīng)增加，且因膜支撐層側(cè)內(nèi)濃差極化與DS初始濃度為正相關(guān)關(guān)系，DS初始濃度越高，比水通量下降越快[13,28]，但DS初始濃度對累積回收水體積和溶質(zhì)反滲透的的影響因DS溶質(zhì)不同而具有差異。例如：當(dāng)KCl、復(fù)合肥或液肥等為DS時(shí)，DS初始濃度增加，累積回收水體積及RSF升高且增幅明顯[10,13?14,28?29]，但（NH4）2HPO4 為 DS（DIW為FS），DS初始濃度從1 mol/L增至2 mol/L，累積回收水體積相當(dāng)，RSF略微降低，SRSF在1mol/L時(shí)有最小值（DS 初始濃度為 0.5～2.0 mol/L）[10，29]。DS初始濃度的增加使回收水體積的增幅遠(yuǎn)低于理論所需水體積的增幅，因此DS的稀釋率隨DS初始濃度的增大而減小[13]，即：DS初始濃度越高，稀釋后化肥DS用于直接澆灌的可行性越低。FDFO處理污水的研究中暫無DS初始濃度對膜污染影響的相關(guān)研究，但NaCl為DS，曝氣沉砂池污水為FS時(shí)，DS初始濃度越高（0.5～4 mol/L），比水通量開始急劇下降的時(shí)長越短，即過高的DS初始濃度加速膜通量下降[41]，但DS初始濃度的增加降低了回收單位體積水的能耗[14，28]。

由上可知，DS初始濃度的選取至少應(yīng)平衡污水處理效果、化肥DS性能、膜污染和工藝經(jīng)濟(jì)性4方面，以控制FDFO處理污水的工藝性能在適宜的范圍內(nèi)。

3.2.3 流速/流量 流速/流量的大小直接與經(jīng)濟(jì)性（能耗）相關(guān)，且流速/流量通過改變膜邊界層的流態(tài)，影響污水處理效果、化肥DS性能和膜污染。流速/流量的增加，伴隨著比能耗的急劇增加[13?14，28]，即：過高的流速/流量不但造成能源利用率的急劇下降，而且不利于提高FDFO的工藝性能。流速/流量對污水處理效果和化肥DS性能的影響有FS與DS等流速/流量與不等流速/流量2種情況。當(dāng)FS和DS等流量時(shí)，流量在1.6～3.2 L/min變化時(shí)，平均水通量、水回收率和RSF在流量為2.8 L/min時(shí)取得最大值，但水通量和水回收率的增幅均不超過 1.5%（FS：水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水，DS：復(fù)合肥）[28]；當(dāng)FS和DS流速/流量不等時(shí)，在單膜循環(huán)式裝置中，當(dāng)DS流量恒定，F(xiàn)S流量變化，平均水通量增幅可達(dá)2.4%，但FS流量恒定，DS流量變化時(shí)，平均水通量卻減少8%[28]，而在雙膜循環(huán)式（浸沒式）裝置中，DS流速為2.1或4.2 cm/s時(shí)，平均水通量及回收水體積相當(dāng)，但流速為8.5 cm/s時(shí)，平均水通量及回收水體積增幅均在15%左右（FS：DIW，DS：液肥）[14]，而 1 mol/L復(fù)合肥為DS，中水為FS時(shí)，DS流速為0.67、3.35和6.7 cm/s時(shí)，水回收體積相似[13]。由上可知，流速/流量對工藝性能的影響存在較大的差異，這可能與膜裝置類型和尺寸、DS類型和純度及流速/流量區(qū)間大小有關(guān)。

流速增加可緩解膜污染且有利于膜清洗后水通量的恢復(fù)。例如：回收等體積水時(shí)，高流速條件下通量下降更低（DS：海水，F(xiàn)S：模擬污水）[42]，而流速過低(2.1 cm/s）不但加劇了膜污染也使膜物理清洗后水通量不易恢復(fù)（DS：NaCl，F(xiàn)S：模擬二級出水）[43]。因此，流速/流量的選取至少應(yīng)結(jié)合膜裝置的類型和尺寸，綜合考慮其對污水處理效果、化肥DS性能、膜污染和比能耗的影響。

3.3 其他因素

網(wǎng)格墊片、超聲輔助和FS間歇供給等因素對FO工藝性能具有重要影響，目前的研究與FDFO處理污水不直接相關(guān)，但其對FDFO處理污水工藝性能的提高具有重要參考價(jià)值。網(wǎng)格墊片的材料、與膜的相對位置和網(wǎng)格的形狀與朝向等均影響FO的工藝性能。例如，對于網(wǎng)格墊片的材料，YANAR et al[44]研究發(fā)現(xiàn)以聚丙烯、天然聚乳酸為材料制備的墊片，在減少RSF及抗污染性能方面表現(xiàn)更好；在網(wǎng)格墊片與膜的相對位置方面，當(dāng)墊片同時(shí)存在FS側(cè)與DS側(cè)時(shí)，由于運(yùn)行條件的差異，ZHANG et al[45]指出FS側(cè)墊片與膜相距1.8 mm，DS側(cè)墊片與膜接觸可更有效緩解濃差極化提高水通量，而WANG et al[25]指出FS側(cè)的墊片與膜活性層接觸，DS側(cè)的墊片與支撐層相距2.7 mm工藝性能最佳；而關(guān)于網(wǎng)格的形狀及朝向，YANAR et al[46]指出：與商業(yè)化墊片和平行定向墊片相比，垂直定向墊片減少RSF及抗污染性能最好。此外，網(wǎng)格墊片在FS側(cè)可減少污垢的黏附，降低污染速率，使水通量和RSF略微增加[47]，但同時(shí)可誘導(dǎo)無機(jī)污垢[48]，形成的針形硫酸鈣破壞膜完整性[49]。

超聲輔助及FS間歇供給通過緩解膜支撐層側(cè)稀釋的內(nèi)濃差極化提高水通量。超聲輔助對正滲透水通量的提升與超聲功率與頻率、膜的種類有關(guān)，且超聲可能破壞膜的完整性。例如：在超聲功率和頻率為70 W和72 kHz時(shí)，CTA膜水通量增幅最大，達(dá)到129%[50]，但超聲功率和頻率為100 W和20 kHz時(shí) ，TFC膜水通量增幅可達(dá) 110 %，而CTA膜水通量增幅僅為12%[51]；在25 kHz時(shí)，超聲可破壞CTA膜的完整性[48]。FS間歇供給是指DS連續(xù)供給，F(xiàn)S每隔數(shù)秒供給一次，因而有利于DS溶質(zhì)擴(kuò)散到支撐層孔內(nèi)，從而降低稀釋的內(nèi)濃差極化，使水通量增幅最高可達(dá)150%，且水通量增幅最大時(shí)SRSF最小[52]。

4 結(jié)論與展望

在正滲透膜性能相同的條件下，F(xiàn)DFO處理污水的工藝性能主要由污水類型、DS類型和膜裝置及工藝參數(shù)等決定，且該技術(shù)通過向化肥溶液中轉(zhuǎn)移凈水過程直接回收污水中的凈水，實(shí)現(xiàn)污水濃縮與化肥溶液稀釋。同時(shí)，濃縮后的污水通過營養(yǎng)鹽回收與有機(jī)物利用等方式處理，可用于農(nóng)田回用或達(dá)標(biāo)排放，也可進(jìn)一步作為FDFO處理污水工藝過程的FS；被稀釋的化肥溶液可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求調(diào)節(jié)后直接滿足灌溉要求。

目前，F(xiàn)DFO處理污水尚未規(guī)?；瘧?yīng)用，主要問題集中在濃縮污水資源化處理技術(shù)不成熟，被稀釋化肥溶液營養(yǎng)鹽濃度較高不方便直接用于水肥一體化系統(tǒng)，正滲透工藝系統(tǒng)自動(dòng)化程度低等。因此，未來可從以下幾方面解決FDFO規(guī)模化應(yīng)用的難題。

（1）優(yōu)化濃縮污水資源化處理技術(shù)。例如，回收濃縮污水中的氮磷等營養(yǎng)鹽，或與秸稈采用適宜比例堆肥后實(shí)現(xiàn)資源利用。

（2）改進(jìn)水肥一體化灌溉方式。例如，確定噴灌、微灌和膜下滴灌等灌溉技術(shù)對化肥溶液中營養(yǎng)鹽的需求，以提高稀釋后化肥溶液用于灌溉的可行性或減少進(jìn)一步稀釋化肥溶液所需的淡水量。

（3）設(shè)計(jì)智慧正滲透工藝系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行、膜污染清洗、溶液濃度調(diào)節(jié)等全過程自動(dòng)控制。