正滲透（Forward osmosis, FO）是近年來發(fā)展起來的一種濃度驅(qū)動(dòng)的新型膜分離技術(shù)，它是依靠選擇性滲透膜兩側(cè)的滲透壓差為驅(qū)動(dòng)力自發(fā)實(shí)現(xiàn)水傳遞的膜分離過程，是目前世界膜分離領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。相對于壓力驅(qū)動(dòng)的膜分離過程如微濾、超濾和反滲透技術(shù)，這一技術(shù)從過程本質(zhì)上講具有許多的優(yōu)點(diǎn)，如低壓甚至無壓操作，因而能耗較低；對許多污染物幾乎截留，分離效果好；低膜污染特征；膜過程和設(shè)備簡單等。在許多領(lǐng)域，特別是在海水淡化、飲用水處理和廢水處理中表現(xiàn)出很好的應(yīng)用前景。
作為一種新型的技術(shù)，近年來，以美國、以色列和新加坡為代表的國家投入大量資金進(jìn)行研究，并且取得了階段性成果。美國Oasys公司（Oasys Water, Inc.）成功研制成功了正滲透膜，并應(yīng)用于美國permian盆地的頁巖氣項(xiàng)目中石油化工的廢水的處理項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)處理后的水質(zhì)可達(dá)到飲用水的品質(zhì)，而國內(nèi)目前據(jù)報(bào)道只有北京沃特爾公司成功引進(jìn)。（以下內(nèi)容以沃特爾公司正滲透膜應(yīng)用為說明依據(jù)）
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。當(dāng)細(xì)胞膜外的溶質(zhì)濃度與細(xì)胞膜內(nèi)相同時(shí)，紅細(xì)胞維持自然狀態(tài)；當(dāng)細(xì)胞膜外的溶質(zhì)濃度低于細(xì)胞膜內(nèi)時(shí)，細(xì)胞膜外的水分子自發(fā)的擴(kuò)散到細(xì)胞膜內(nèi)，使得紅細(xì)胞呈現(xiàn)膨脹狀態(tài)；當(dāng)細(xì)胞膜外的溶質(zhì)濃度高于細(xì)胞膜內(nèi)時(shí)，細(xì)胞膜內(nèi)的水分子自發(fā)的擴(kuò)散到細(xì)胞膜外，使得紅細(xì)胞呈現(xiàn)收縮狀態(tài)。
正滲透過程無需外加壓力，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。
1 原理與特點(diǎn)
1.1 基本原理
反滲透(RO)、正滲透(FO)和減壓滲透((Pressure Retarded Osmosis,PRO)過程的工作原理，如圖1 所示。在RO 過程中，水在外加壓力作用下從低化學(xué)勢側(cè)通過滲透膜擴(kuò)散至高化學(xué)勢側(cè)溶液中( Δπ<ΔP)，達(dá)到脫鹽目的。正滲透過程剛好相反，水在滲透壓作用下從化學(xué)勢高的一側(cè)自發(fā)擴(kuò)散到化學(xué)勢低的一側(cè)溶液。而減壓滲透可認(rèn)為是反滲透和正滲透的中間過程，水壓作用于滲透壓梯度的反方向，水的凈通量仍然是向濃縮液方向。這三個(gè)過程可以用下式來描述：Jw＝A（σΔπ-ΔP）；式中Jw—水通量；A—膜的水滲透性常數(shù)；σ—反擴(kuò)散系數(shù)；Δπ—膜兩側(cè)的滲透壓差；ΔP—膜兩側(cè)的壓力差。
1.2 技術(shù)特點(diǎn)
如上所述，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。1.3.1正滲透膜：
正滲透膜通常由活化層和支撐層組成，當(dāng)原水流過活化層一側(cè)，滲透壓遠(yuǎn)高于原水的汲取液同時(shí)流過正滲透膜的支撐層一側(cè)，水分子自發(fā)的由原水側(cè)向汲取液側(cè)不斷流動(dòng)，由于正滲透膜對原水中的鹽分和其他污染物具有截留作用，因此原水中的溶質(zhì)被濃縮，同時(shí)汲取液則被透過正滲透膜的水分子稀釋。1.3.2汲取液
氨和二氧化碳混合氣體在水中具有很高的溶解度，形成的汲取液可以產(chǎn)生巨大地滲透壓驅(qū)動(dòng)力使得水分子滲透過膜，即使高含鹽量原水的總?cè)芙庑怨腆w（TDS）高達(dá)200,000mg/L。稀釋后的汲取液可以通過加熱蒸發(fā)分解其中的溶質(zhì)而得到循環(huán)利用，與克服水的蒸發(fā)潛熱相比較，汲取液中溶質(zhì)熱分解所需的能量更低。
分解后氨和二氧化碳?xì)怏w通過冷凝回收再溶解到汲取液中進(jìn)行重復(fù)使用，除去了溶解氨和二氧化碳以后的水即為比較純凈的產(chǎn)水。
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