摘 要： 近年來，具有低能耗、低污染、可循環(huán)利用等優(yōu)點的正滲透技術開始廣泛應用于污水處理等方面，如何選擇高效、穩(wěn)定的汲取液是正滲透技術所要解決的核心問題。綜述了近10年正滲透工藝在處理污水中的應用，重點闡述了不同汲取液進行正滲透的評價指標及其影響因素，并展望了未來混合無機鹽作汲取液工藝規(guī)?；酝苿踊旌蠠o機鹽作汲取液的正滲透工藝在處理污水領域的應用。

關 鍵 詞：正滲透；汲取液；混合無機鹽；廢水處理

中圖分類號：TQ051文獻標識志碼： A 文章編號： 1004-0935（20202024）0×8-1282-03

地球上可供人類直接飲用的水資源極其寶貴。隨著人口的不斷增加和人們的生活水平不斷提升，淡水資源的需求量也在不斷增加。而工業(yè)和農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展導致水資源環(huán)境受到損害，不但使水體大量污染，還加大了廢污水的處理難度[1]。因此，對高效、低成本的污廢水處理方式的研究十分必要。

正滲透技術是一種廣泛應用于水污染治理領域的膜分離技術之一。在正滲透過程中，水被強制通過半透膜，由于膜的選擇性，水中的溶質(zhì)如鹽、重金屬、有機物等被剔除，從而提高水的質(zhì)量。正滲透技術具有高效、低成本、無化學添加劑[2]等優(yōu)點，可廣泛應用于飲用水處理、工業(yè)水處理、廢水處理等領域。然而，由于汲取液藥劑的選擇、配制比例等條件的不同，達到的正滲透效果也不同[3]。對混合無機鹽的選擇和應用領域進行總結，為該技術在未來的污水處理中的應用提供參考。

1 正滲透技術研究現(xiàn)狀

一個完整的正滲透過程是由原料液、正滲透膜、汲取液3部分所組成。原料液和汲取液分別被放置在由半透膜隔開的容器兩側，原料液區(qū)域具有較高的水化學勢能[4]（低滲透壓），汲取液區(qū)域具有較低的水化學勢能（高滲透壓）。在無外界壓力存在時，由滲透壓差提供驅(qū)動力使原料液中的水自發(fā)地流向汲取液中，使原料液逐漸濃縮，汲取液逐漸稀釋，直至原料液和汲取液具有相同的水化學勢能（滲透壓）才停止正滲透過程。正滲透過程結束后可以通過加熱法、電磁法、反滲透法、納濾法[5]將汲取液進行重濃縮。因此選擇高滲透壓、低反向滲透、穩(wěn)定無毒、重濃縮方便且不需要較高能耗的新型汲取液至關重要。

1.1 正滲透膜

正滲透膜是正滲透過程的核心成分之一，膜的材質(zhì)和構成決定了整個正滲透裝置運行的結果。cORB3ZLk56WjBGjVsch/DbxdIj4jdK0r1Nf0a8J+tKw=理想的正滲透膜具有親水性好的功能層、支撐性好的支撐層和高水通量、高截留率的特點，同時還要化學穩(wěn)定性好、耐腐蝕、成本低廉、應用范圍廣等特征。正滲透在許多應用中顯示出其優(yōu)勢，然而溶質(zhì)的反向擴散、濃差極化、膜污染等問題不能避免。在早期，人們直接將反滲透膜作為正滲透過程中的正滲透膜使用，導致正滲透過程水通量極低。近年來，隨著正滲透膜的制造工藝不斷增加和完善，越來越多的高性能膜被制造出來，目前主流的正滲透膜有乙酸纖維素（CA）類FO膜、聚酰胺薄膜復合（TFC）膜[6]和水通道蛋白膜等。

1.2 汲取液

汲取液在正滲透過程中起到的作用至關重要，汲取液的理化性質(zhì)包括溶質(zhì)的溶解度、溶質(zhì)的分子質(zhì)量、黏度和溶質(zhì)反向滲透性，它們直接影響著正滲透處理的效果。常見的汲取液有無機汲取液、有機汲取液，還有其他類型的汲取液，如以水凝膠復合物[7]作汲取液、以離子液體作汲取液等。有機汲取液由于分子質(zhì)量較大，不容易產(chǎn)生反向滲透現(xiàn)象，但相比無機汲取液滲透壓較小。水凝膠汲取液是一種新型半固體汲取液，ZENG[8]等[8]加入少量的還原氧化石墨烯，改善水凝膠的性能，提高正滲透的水通量。無機鹽汲取液適用范圍廣泛，具有較高的滲透壓、較低的成本、容易制備、安全無毒等特點，還不會與膜發(fā)生物理或化學反應，研究起來相對簡單，后續(xù)還可以通過重濃縮繼續(xù)回收使用一部分藥品，因此汲取液中最常見的就是無機鹽汲取液。

2 混合無機汲取液

無機鹽溶液中多以Na+、K+、Mg2+、Cu2+、Al3+的氯化物、碳酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽[9]等組成。分子質(zhì)量小的無機鹽具有較高的滲透壓和水通量，但存在著非常嚴重的反向滲透現(xiàn)象。為了降低反向溶質(zhì)通量而同樣擁有較高水通量，人們把單一的無機鹽溶液混合，去篩選和優(yōu)化更加適合各類型污水處理的混合無機汲取液。不同的汲取液中配比不同，所產(chǎn)生的效果也不同。HAMDAN等[10]通過滲透壓計算得出NaCl與MgCl2混合溶液具有較高的滲透壓。LIU等[11]探究碳酸氫銨混合溶液，選取NH4Cl、 KCl、NaCl、（NH4）2HPO4與NH4HCO3相混合作為汲取液，以去離子水為原料液進行5 h的正滲透實驗用來測量水通量和汲取液性能。

3 混合無機汲取液應用范圍

3.1 海水淡化

當前中國淡水資源分布不均，人均可用水資源極少[12]。海洋約占地球表面積的71%，海水不能夠直接用于工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)灌溉和飲用。海水淡化是正滲透處理技術的熱門領域，正滲透相比多級閃蒸、反滲透等技術用于海水淡化，具有能耗低、膜污染小、水回收率高的特點，更適合對海水進行處理。AHMED[13]研究利用具有高滲透壓的NH3-CO2作汲取液進行海水淡化的FO工藝的可行性和效率的脫鹽效果。WANG等[14]通過FO對海水進行處理實驗，認為FO海水淡化的成功密切依賴于是否擁有更好的汲取液。簡單溶解的無機鹽和加熱后溶解的鹽仍然是最廣泛使用和最有效的溶質(zhì)[15]，汲取液應具有低分子質(zhì)量和較高滲透壓。混合無機鹽作汲取液成為海水淡化未來發(fā)展方向。

3.2 重金屬廢水處理

重金屬廢水一般來自電鍍、冶金、化工等行業(yè)。工業(yè)廢水中包含著大量的重金屬離子，如鋅、銅、鎳、錫、鉛等[16]。自然情況下，重金屬不能被降解，重金屬廢水排入水體對自然和環(huán)境造成損害。梁異璞[17]使用4種無機鹽分別組合成多種二元無機汲取液進行實驗，研究溫度、流速、膜朝向?qū)φ凉B透效果的影響，分析混合無機汲取液中各溶質(zhì)所占最佳比值，最終確定以質(zhì)量比為1∶2的MgCl2+NaCl作為汲取液去除含Zn2+、Ni2+重金屬廢水，結果表明混合無機鹽汲取液處理重金屬廢水是可行的。

3.3 城市污水

城市污水中普遍含有較高的COD、BOD、大量的懸浮物[18]和較高的氮素、磷含量。為了提高深度處理工藝的應用水平，張淮巽等[19]通過實驗研究不同濃度配比的混合無機鹽汲取液對較低COD的南方城市污水的處理情況，選用總濃度比為3∶1、 2∶1、 1∶1、 2∶3、 1∶2、 1∶3 的NaCl和MgCl2混合汲取液，結果表明選擇濃度比為2∶3的MgCl2、NaCl混合溶液可以獲得較高的水通量和很高的COD、氨氮、總磷的去除率和截留率。混合無機汲取液相比傳統(tǒng)無機汲取液具有更高的滲透壓和更小的反向溶質(zhì)通量，對正滲透膜也更加友好。

3.3 4煤化工廢水

煤化工廢水主要的污染物是氨和酚[20]，此外還有COD、焦油、氰化物等污染物質(zhì)。王波等[21]利用NaCl、MgCl2、NH4HCO3分別對煤化工廢水進行實驗。結果表明，在無外界熱量條件下，NaCl相較于MgCl2、NH4HCO3溶液更具有較高的水通量和更長的持續(xù)時間；在有外界熱量條件下NH4HCO3相較于NaCl、MgCl2溶液具有更高的水通量和較低的反向溶質(zhì)通量。如若使用混合無機鹽汲取液將獲得比傳統(tǒng)單鹽作汲取液更高的水通量和更低反向溶質(zhì)通量，汲取液溶質(zhì)更加方便進行重濃縮。

3.3 5食品加工

糖類加工是食品工業(yè)中最耗能的工藝之一。正滲透與反滲透等需要壓力驅(qū)動的膜分離相比，正滲透導致排異反應增加，膜污染減少，耗能低，水通過選擇性半透膜進入到汲取液中，因此被用于許多產(chǎn)品的濃縮和回收，如蘋果汁、番茄汁等。液態(tài)食品的熱濃縮營養(yǎng)損失極大，趙淑真[22]通過正滲透避免了傳統(tǒng)濃縮對熱敏性活性喪失的缺點，將營養(yǎng)豐富的蘋果濁汁濃縮。通過增加汲取液的濃度，水通量得到增加，但加劇了反向溶質(zhì)通量。AKHTAR等以甘蔗汁為原料、氯化鈉與其他鹽溶液為汲取液對甘蔗汁進行濃縮，結果驗證了正滲透混合無機汲取液在液態(tài)食品濃縮領域應用的可行性[23]。

4 結束語

正滲透技術在海水淡化、廢水處理、食品加工等領域具備極大的潛在優(yōu)勢，其價值也逐漸被越來越多的人所關注。正滲透作為新興技術其低能耗、能夠在常溫進行并可能實現(xiàn)更高的濃度屬性是該技術特有的。目前正滲透的發(fā)展方向應聚焦在正滲透膜的研發(fā)、汲取液的選擇、新型汲取液的濃縮方法和與更寬領域的聯(lián)用研究。目前關于混合無機汲取液的相關文獻較少，但它正是通過汲取液的改進從而提高正滲透效果的方式之一。隨著技術的革新與發(fā)展，混合無機汲取液將會在水處理領域廣泛應用。

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