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【www.hokkaido-dancers.com南京純水設備】正滲透(Forward osmosis, FO)是一種常見(jiàn)的物理現象，是指水通過(guò)半透膜從高水化學(xué)勢區域(或較低滲透壓)自發(fā)地向低水化學(xué)勢區域(或較高滲透壓)傳遞的過(guò)程。正滲透的概念存在已久，但直到二十世紀中期人們才開(kāi)始在水處理中應用正滲透技術(shù)。隨著(zhù)工藝的不斷進(jìn)步以及膜成本的不斷降低，正滲透技術(shù)在海水淡化、污水處理等領(lǐng)域都得到了良好地應用。

自1930年，正滲透(Forward Osmosis, FO)作為一種實(shí)用的水處理工藝得到了廣泛的研究。與傳統的RO反滲透工藝使用壓力驅動(dòng)不同，南京水處理設備正滲透利用高濃度的汲取液，與待處理液之間形成滲透壓，使待處理液中的水分子通過(guò)半透膜進(jìn)入汲取液，最后將溶質(zhì)從稀釋的汲取液中分離出來(lái)，得到最終產(chǎn)水。

正滲透膜生物反應器

膜生物反應器 ( MBR)將SRT和HRT分離，理論上具有出水水質(zhì)高、活性污泥濃度高、剩余污泥產(chǎn)量低等優(yōu)點(diǎn)。然而，膜污染問(wèn)題和能耗問(wèn)題一直是制約MBR進(jìn)一步壯大市場(chǎng)的障礙：膜污染導致水通量降低，膜材料需要經(jīng)常清洗和更換;并且MBR泥水分離過(guò)程必須保持一定的膜驅動(dòng)壓力，增加了能耗和運營(yíng)成本。

正滲透是否能夠成為解決MBR膜污染和能耗問(wèn)題的途徑呢?

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，OsMBR的原理就是污水作為水化學(xué)勢高的待處理液，而含有氯化鈉的高鹽度溶劑作為水化學(xué)勢較低的汲取液。正滲透膜將水由水化學(xué)勢較高的一端向較低的一端運送，這樣一來(lái)待處理液得到了濃縮，汲取液被稀釋;而汲取液可以通過(guò)后續的反滲透工藝重新得到濃縮，從而實(shí)現污水的最終凈化。從一些角度來(lái)看，正滲透自身很難用作污水處理的終結端，其更像是一個(gè)高級的預處理工藝。而與采用微濾和超濾膜的MBR相比，基于正滲透的MBR能用更低的水力壓力(hydraulic pressure)取得更高的截留率。同時(shí)正滲透工藝可以一定程度地減少膜污染，也就是說(shuō)反洗率可以相應降低。進(jìn)一步說(shuō)，跟傳統MBR相比，OsMBR結合反滲透作深度處理時(shí)，能降低RO膜的污染概率以及獲得更好的出水水質(zhì)。

基于正滲透的優(yōu)點(diǎn)，有人對新型浸入式滲透膜生物反應器(Os-MBR)進(jìn)行了研究。OsMBR將FO正滲透技術(shù)引入MBR，FO和MBR一體化可以降低傳統MBR的能耗。在過(guò)去的五年中，已經(jīng)開(kāi)始研究新型FO-MBR或滲透膜生物反應器(OsMBR)。由于OsMBR中的FO膜不采用液壓壓力，具有較低的結垢傾向和較好的分離能力，OsMBR工藝不僅可以降低壓力驅動(dòng)膜過(guò)程的能源成本(如微濾或超濾)，傳統MBR空氣沖刷的污染控制，而且還提供了一個(gè)更可持續的產(chǎn)水通量和更可靠的污染物去除性能。

除此OsMRB，還有更具“黑科技感”的工藝整合--滲透厭氧MBR(Os-AnMBR)。正滲透與厭氧MBR組合成的Os-AnMBR工藝能去除96%的COD、接近100%的磷和62%的氨氮，產(chǎn)生的生物沼氣中的甲烷約占65%-78%，平均產(chǎn)率約0.21 L CH4 /g COD，且生物反應器中鹽度的累加并沒(méi)對生物過(guò)程產(chǎn)生抑制或毒性效應，這顯示Os-AnMBR可能在未來(lái)的污水廠(chǎng)能源回收方面有很大的發(fā)揮空間。

技術(shù)限制

根據ACS和Science Direct的統計顯示，正滲透的文獻在過(guò)去10年有了顯著(zhù)的增長(cháng)。盡管如此，真正的正滲透工程應用案例卻是鮮有出現，問(wèn)題出在哪里呢?

這是由于工藝本身的一些內在屬性造成的。就像之前說(shuō)，正滲透本身更多是一種高級的“預處理”，它還需配合回收汲取液的反滲透工藝(針對高鹽溶液)或者蒸發(fā)工藝(含銨溶液等)。合肥純水設備然而反滲透工藝和蒸發(fā)工藝本身存在很多應用方面的挑戰。

以蒸發(fā)工藝為例，這種工藝似乎可以通過(guò)和光伏太陽(yáng)能結合解決能耗問(wèn)題，但是因為氨的揮發(fā)性，使得在實(shí)際應用時(shí)最終出水含有大量碳酸銨，這需要安裝多階蒸餾工藝來(lái)解決問(wèn)題，會(huì )使最終造價(jià)成本變得過(guò)高。此外，較高的內部濃差極化(Concentration Polarisation)使OsMBR也有膜通量低等問(wèn)題，另外還有汲取溶液反向滲透等問(wèn)題。這些都是阻礙正滲透實(shí)現大規模應用的原因。

關(guān)于正滲透膜的研究，主要還是集中在膜材料、膜制造工藝、半透膜和支撐層的位置設計等方面。由于其抗氯等內在屬性，三醋酸纖維素(CTA)膜應用最為廣泛，與纖維素相比，對熱、化學(xué)、生物降解不敏感，但在污水環(huán)境下的水解還是會(huì )發(fā)生。

開(kāi)發(fā)高性能正滲透膜材料一直是科研人員的探索方向。例如能承受高壓的復合薄膜(thin-film composite, TFC)、疏水性能好的CA/CTA膜、具有低接觸角的TFC-聚酰胺(PA)膜陸續被研制出來(lái)。但目前大部分膜還是由美國的HTI公司壟斷, TFC因為其高污染率還不能得到普及。

除了膜的研發(fā)之外，汲取液也是提高系統性能的關(guān)鍵。由于溶解度高和適合反滲透回收，氯化鈉是應用最廣泛的汲取溶液之一。

Os-MBR由于其低膜污染率和相應降低的成本，其商業(yè)化前景被人看好，但其成功與否很大程度上取決于是否能找到經(jīng)濟效益更高的汲取液。研究人員可以對能量平衡做分析，然后再對癥下藥，例如將污水處理和海水淡化結合，使正滲透技術(shù)和污水處理變得更加有商機吸引力。

最后，濃縮液也需得到妥善處置，特別是含有重金屬的濃縮液。濃縮后的有機質(zhì)其實(shí)有利于能量和營(yíng)養物的回收，例如應用到市政污水里，解決主流厭氧氨氧化的一些技術(shù)限制。