正渗透的应用和技术优势
姓名：班级：学号： 16121229
指导教师：于海琴
正渗透的应用和技术优势
摘要：作为一种新型膜处理技术，正渗透技术自20世纪50年代建立以来，在环保、能源、海水淡化等领域受到越来越广泛的关注;其经历了从实验室研究，中试实验，到少量的商业化应用，技术日臻完善。正渗透技术是利用自然渗透压差为驱动力的一种净水技术，为水资源和环境问题提供了低能耗、高效率的解决方法。该文介绍了正渗透的技术优势，以及正渗透在海水淡化、废水处理、污水回用、能源开发以及食品加工等领域的应用。
关键词：正渗透、技术优势、海水淡化、废水处理
I
1.引言
正渗透（Forward osmosis, FO）是近年来发展起来的一种浓度驱动的新型膜分离技术，它是依靠选择性渗透膜两侧的渗透压差为驱动力自发实现水传递的膜分离过程，是目前世界膜分离领域研究的热点之一。
1.1正渗透技术的原理和技术特点
1.1.1正渗透技术的原理
正渗透是浓度驱动型的膜过程，它依靠选择性渗透膜两侧的渗透压差为驱动力来自发的实现水在膜中的传递。也就是指水从较高的水化学势（或较低渗透压）一侧区域通过选择透过性膜流向较低水化学势（或较高渗透压）一侧区域的过程。在具有选择透过性膜的两侧分别放置两种具有不同渗透压的溶液，一种为具有较低渗透压的原料液(feed solution，FS)，另一种为具有较高渗透压的汲取液(draw solution，DS)。正渗透正是依靠正渗透膜两侧的汲取液(draw solution，DS)和原料液(feed solution，FS)间的自然渗透压差，使水分子自发地从低渗透压侧(FS侧)传输到高渗透压侧(DS侧)而污染物被截留的膜分离过程，具体如图1所示。
图1.正渗透过程示意图
不同于传统膜分离过程，正渗透利用低水化学势的DS从高水化学势的FS吸取纯水，无需投入额外的驱动压力，因而其能耗低[1]。
1.1.2正渗透技术的技术特点
正渗透不同于压力驱动膜分离过程，它不需要额外的水力压力作为驱动力，而依靠汲取液与原料液的渗透压差自发实现膜分离。这一过程的实现需要几个必要条件：（1）可允许水通过而截留其他溶质分子或离子的选择性渗透膜及膜组件；（2）提供驱动力的汲取液；（3）对稀释后的汲取液再浓缩途径[2]。
早期关于正渗透过程研究均采用反渗透复合膜，发现膜通量普遍较低，主要原因是复合膜材料的多孔支撑层产生了内浓差极化现象，大大降低了渗透过程的效率。20 世纪90 年代，Osmotek 公司（Hydration Technologies Inc.(HTI)公司前身）开发了一种支撑型高强度正渗透膜，已被应用于多种领域，是目前最好的商
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业化正渗透膜[2]。正渗透膜组件形式主要有：板框式、卷式、管式和包式。各种组件形式各有优缺点，如板框式具有结构简单，易装填的优点，但又存在密封和完整性检查困难的缺点。因此应根据不同的应用领域选择合适的膜及膜组件。近年来，许多研究致力于发展高性能的正渗透膜及组件，取得了一定成果。
汲取溶液是具有高渗透压的溶液体系，由溶质和溶剂(一般是水)组成。如果驱动溶液中的溶质可以通过简单、低能耗的方法分离后循环利用，那么正渗透过程就能够形成一个封闭的循环体系。文献中报道过的驱动溶质主要有：盐类如
NaC1、MgC12、A12(SO4)3、NH4HCO3 等，糖类如葡萄糖、果糖等，和气体如SO2 等。其中应用较普遍的溶质是NaCl，因为它溶解度高并且其溶液很容易通过反渗透过程再浓缩。值得一提的是，McCutcheon 等采用NH4HCO3 为溶质，通过简单热挥发冷凝的方法实现产品水的分离和溶质的循环利用。
2.正渗透的技术优势
正渗透膜技术是相对于反渗透技术而提出来的，与反渗透技术相比较，正渗透技术具有得天独厚的优势：独有的驱动液体系，不需要外界的压力推动分离过程，能耗低，同时由于正渗透膜材料的亲水性，因此可以有效降低膜污染，可应用于反渗透技术难以实现的废水处理中，例如染色废水、垃圾沥出液以及膜生物反应器等；在降低膜污染的同时，可降低膜清洗费用和化学清洗剂对环境的污染。正渗透过程的回收率高，避免了浓盐水的排放，环境友好；在脱盐过程中，通过选择合适的汲取液，其水回收率可达到75%，而普通反渗透水回收率为35%～50%,如此高的回收率可实现浓盐水的再浓缩，即回收率高，没有浓盐水的排放，实现零排放，是环境友好型技术；正渗透操作由于具有低温低压的特点，可以广泛应
用于液体食品的浓缩和药物释放等方面；另外渗透压本身就是一种绿色能源，可以通过正渗透压技术将渗透压转换为电能[3]。
3.正渗透技术的应用
正渗透具有低能耗、低污染、高回收等特点，其运用范围非常广泛，涉及工业生产和日常生活的各方面。正渗透技术海水脱盐、发电、工业废水处理、食品工业、航空航天、制药工业得到了进一步发展，还凭借抗污染、低能耗的特点不断向传统生产工艺中渗透，与其他技术相互融合，形成创新的工业技术。本节将对正渗透在主要几个领域的应用进行介绍。
3.1在废水处理中的应用
3.1.1工业废水浓缩
最早关于应用正渗透技术处理工业废水的可行性研究报道发表于1974 年和1977 年，其目的是使用这种低能耗的过程处理微重金属污染的工业废水。他
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们采用序批式系统，以商业化的醋酸纤维反渗透膜为膜单元，以合成海水为汲取液，来浓缩含低浓度铜或铬离子的水，具有一定的可行性。但由于膜通量非常低（0～4.5L/(m2·h)），盐的截留率也不太理想，没有开展进一步的研究。
3.1.2 垃圾渗滤液浓缩
垃圾渗滤液主要来源于垃圾填埋场降水和垃圾本身的内含水，是一种成分复杂的高浓度的有机废水，若不加以处理而直接排入环境，会造成严重的环境污染。主要的污染物质分4 种类型：有机物、溶解性重金属离子、有机和无机氮类化合物、以及溶解性固体物质（TDS）。垃圾渗滤液毒性强、可生化性差，因此生物处理效率不高，而其他的处理方法一般对TDS去除率不高。
1998 年，Osmotek 公司建立了一套中试规模的正渗透系统用于浓缩垃圾渗滤液。该系统采用Osmotek的CTA 膜，以NaCl 为汲取液，对污染物截留率高，出水产率可以达到94%～96%[4]。且各污染物去除率高，在连续实验的过程中虽然有一定的水通量减少（30%～50%），但经过膜清洗后，水通量又基本恢复至初始。并且在处理原垃圾渗滤液时，膜通量没有明显降低。在此基础上，Osmotek 公司建立了大型装置处理垃圾渗滤液，将该技术应用到年产2万～4万m3垃圾渗滤液的美国CoffinButte垃圾填埋厂的垃圾渗滤液处理，其工艺流程如图2，实际运行中采用75g/L的NaCl作为DS在近一年的运行期中，共处理渗滤液1.85万
m3，平均产水率达到91.9%，除pH值降低30%外，诸如COD、CL—、F－、NH3－N、TKN、TDS等污染物的去除率均大于97.5%最终出水平均电导率为
35μS/cm。表明正渗透技术处理垃圾渗滤液是较理想的处理方法[5]。
图2.正渗透垃圾渗滤液处理流程图
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3.1.3污泥消化液浓缩和污泥脱水
废水生物处理厂产生大量的剩余污泥，一般采用厌氧消化来处理剩余污泥，产生的污泥消化液具有氮、磷、重金属和有机污染物高，色度和固体含量高的特点，需要浓缩和进一步的处理。采用正渗透系统处理这类废水目前已有报道。Holloway 等设计了正渗透和反渗透组合系统处理污泥消化液。采用如下流程：污泥消化液先经过150 目格栅预处理，再经过采用三醋酸纤维正渗透膜，以NaCl 为汲取液的正渗透系统，最后稀释的汲取液通过反渗透系统获得出水。由于系统很高的污泥浓度，在运行过程中，膜通量明显下降，需要进行膜清洗恢复膜通量。系统对磷酸盐、氨氮和凯氏氮的截留率分别为99%、87%和92%，几乎完全截留色度和恶臭物质，浓缩干化的污泥消化液可用作肥料。
近年来，研究人员开展了采用FO膜对污泥进行脱水的应用研究。FO膜用于污泥脱水的工艺流程见图3。剩余污泥中的水透过膜组件进入驱动液（36g/L NaCl溶液），污泥得到浓缩。被稀释的驱动液通过投加NaCl保持高渗透压，以循环使用。
图3.正渗透膜用于污泥脱水的工艺流程
研究结果表明，FO膜对污泥脱水的效果良好，能将MLSS从7g/L增加至
39g/L；以MLSS和MLVSS计的减容率分别达到64%和80%；此外FO膜对营养物的截留效果也十分突出，NH3-N去除率达96%，磷酸盐去除率达98%，DOC 去除率达99%；膜污染主要来自于污泥一侧的污泥沉积及浓差极化，经过物理冲洗即可恢复大部分的膜通量。以上优点使得FO用于污泥脱水具有很大的应用潜力[6-9]。
3.1.4 正渗透膜生物反应器
膜生物反应器（MBR）是膜分离技术与生物技术有机结合的新型水处理技术，与传统活性污泥法相比，具有出水水质好、设备占地面积小、活性污泥浓度高、剩余污泥产率低和便于自动控制等优点，
是最有前途的废水处理新技术之一。
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传统MBR 系统采用的膜均为压力驱动型膜如超滤、微滤膜，目前制约MBR技术广泛应用的瓶颈是膜污染问题。
正渗透由于过程本身具有低压、低能耗和低污染的特点，从理论上讲适合于作为膜生物反应器中的膜过程。Achilli 等发展了如图4所示的一套正渗透膜生物反应器系统处理高浓度人工配水，对有机物和氨氮的去除率分别为99%和98%。运行过程中，膜通量较高，膜污染较轻并可通过对膜面反冲洗进行有效控制[10-12]。Cornelissen 等发展了类似的系统并着重研究膜污染过程，发现可逆的和不可逆的膜污染均没有明显发生。
图4.正渗透膜生物反应器示意图
之后许多研究者着眼于用FO替代MBR中的微滤以及超滤的可行性，成为渗透膜生物反应器（OsMBR）。渗透膜生物反应器（OsMBR）具有诸如低能耗、抗膜污染能力强、对离子及TrOCs截留率高等众多优势。OsMBR通常使用高浓度盐水或者预处理过的海水作为DS。在一些研究中，研究者们将反渗透过程与OsMBR组成混合系统，利用反渗透过程来再生稀释后的DS，并生产产品水。尽管OsMBR具有一些得天独厚的优势，但研究表明其主要不足是溶质及其他可溶解物会在原料液侧的逐步累积。此外，由于DS溶质反向渗透现象的存在，溶质也会在反应内累积。这些物质的累积将降低FO膜两侧渗透压差而导致膜通量的降低，并且微生物活性也会受到抑制。Wan等以及Holloway等提出一种将微滤或者超滤过程与正渗透并联再与MBR整合的混合系统。该系统中的MF/UF膜组件能够连续不断地从反应器中去除可溶解成分以及氮、磷等有益营养成分，还能降低生物反应器中的浓度，从而提高微生物的活性，并最终提升活性污泥对总有机碳（TOC）以及NH3-N的去除效果。UF-OsMBR-RO混合系统长达4个月的长周期实验表明，当开启UF膜组件时，系统的通量可以稳定在4.8L/m2?h超过80天，并且在124天的操作周期内不需要对膜组件进行清洁。此外，该混合系统总氮、总磷的平均去除率以及化学需氧量分别高于82%、99%、96%，并能产生符合饮用标准的产品水。这些优势足以弥补因增加超滤组件导致的投资和操作费用增加。这些研究表明，
正渗透膜生物反应器可作为传统膜生物反应器的
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替代技术，具有显著优势和广泛应用前景。
3.1.5正渗透微生物燃料电池
对污水中营养物质和能量的回收也日益受到人们的重视。微生物燃料电池（MFC）能利用污水中营养物的产电潜能，是一种前景良好的水处理技术。并且MFC还具有多种功能：阳极可处理市政污水、工业废水、石油废水等；阴极可用于污水脱盐或去除重金属。但MFC存在产电效率较低、出水还需进一步处理及对清洁水的提取效果不理想等缺点。与传统的MFC相比，正渗透微生物燃料电池（OsMFC）以FO膜代替了质子交换膜（IEM）。OsMFC的原理见图5。
图5.OsMFC的原理
OsMFC可从污水中回收再生水，水通量为2～3L/（m2·h）；对污水中的营养物质进行了浓缩，有利于污水后续资源化利用；碳源为1g/L 醋酸盐条件下的能量密度为43W/m3（同等条件下使用阳离子交换膜时能量密度为40W/m3；使用阴离子交换膜时能量密度为23W/m3），处理生活污水可产生能量密度为4.5W/m3的电能；FO膜的传质效果优于IEM，因而能量产生效率较传统MFC有一定的提高[6-9]。
3.2在海水淡化中的应用
在海水淡化领域，传统的多级闪蒸一直是主流技术，其能耗约为5.66 kWh·m－3随。着膜技术的快速发展，能耗较低的反渗透海水淡化技术在海水淡化市场的份额日渐增大，在存在能量回收装置的情况下，反渗透海水淡化装置能耗可降至约3.02 kWh·m－3。正渗透技术的出现，进一步降低了海水淡化的能耗。表1为正渗透与反渗透技术用于海水渗透的比较[14]。
McGinnis 和 Elimelech( 2007) 以碳酸氢铵为汲取液，利用精馏塔对汲取液进行重浓缩，发现利用正渗透进行海水淡化的能耗仅为 0.84 kWh·m－3，与反渗透脱盐相比降低 72.1%。一座正渗透海水淡化厂，
成为世界上首家建立商业化正
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渗透海水淡化厂的厂商。尽管如此，Altaee 等( 2014) 认为在不考虑膜污染情况下，正渗透+反渗透系统用于海水淡化的能耗高于单纯反渗透系统。因此，在可获得低成本热源并利用加热法浓缩汲取液的条件下，正渗透技术在海水淡化领域的应用前景更加广阔。
表1.正渗透与反渗透技术用于海水渗透的比较
虽然至今仍没有一个水脱盐的能耗标准，但反渗透的能耗问题依旧是制约膜分离技术在海水淡化领域继续发展的障碍。反渗透技术是目前比较先进的海水淡化技术，利用反渗透技术每生产1000加仑纯水，只需要花费 2 ～ 4 美元，这过程中大约会消耗 10 ～ 60 kJ 的能量，这个功耗指标已经相当高。但尽管如此，根据热能转化为电能的能耗理论计算，利用反渗透技术进行海水淡化的能耗至少是最小理论值的 9倍，因此技术改进的空间还很大。如前所述，虽然正渗透分离技术需要在膜材料和汲取液方面取得突破才可得到应用，但由于正渗透技术与反渗透技术或其他海水淡化技术相比具有能耗低的先天优势，如表1，相比而言是实现低能耗海水脱盐的最佳途径，已经在国际上引起人们的广泛兴趣，尤其是世界淡水资源严重缺乏且靠近海洋的区域，比如中东、新加坡、我国东部等地，在水资源日益短缺的今天，正渗透海水淡化技术的市场广阔，而且竞争会愈加激烈。相信在不久的将来会有越来越多低能耗的正渗透海水淡化工厂建成，在水资源有效利用领域发挥巨大作用。
3.3食品浓缩
传统食品浓缩主要依靠热处理法和冷冻浓缩，然而这些方法不仅能耗高，且常会影响食品的口味和营养。而正渗透技术可以在常温下运行，不仅对口感和营养无影响，且能耗较低、食品浓缩倍数较高。1966 年，Popper( 1966)利用8 mol·L－1氯化钠对葡萄汁进行浓缩，但由于渗透膜采用的是反渗透膜，其水通量较小，仅为2.5 kg·m－2·h－1；Castello 和 Elimelech等( 2009) 利用正渗透技术对蔗糖进行浓缩，发现与传统的蒸发浓缩相比，正渗透技术能耗较低，
并指出其不仅在蔗
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糖浓缩领域，在其他食品浓缩领域也具有极佳的应用前景。徐伟和黄光胜等
( 2013) 利用正渗透技术对番茄汁进行浓缩实验，发现当温度 40℃、氯化钠浓度
为18% 时，正渗透对番茄的浓缩效率很高，番茄最终浓缩糖度可达 32°Brix 以上．尽管如此，由于正渗透过程仍存在一定的溶质反向渗透，对浓缩食品的口味和品质会产生一定的影响。
3.4压力阻尼渗透发电
压力阻尼渗透(PRO) 发电全过程无碳排放，对环境影响极小，为世界清洁能源提供了一条最新途径。压力阻尼渗透(PRO) 发电主要适用于沿海地区，特别是江河入海口处，既可以利用江河的淡水作为原料液，又可利用海水或海水淡化后的浓水作为汲取液，膜活性层朝向海水测，即形成正渗透过程，淡水被汲取到海水侧，被稀释的海水以一定流速排回海中，在其排放途径中设置发电装置，即可发电产能，另外海水侧由于产生较高压力，通过压力传质装置可为原料液和汲取液提供泵入压力。压力阻尼渗透(PRO) 发电起源于20世纪70年代，然而在压力阻尼渗透(PRO) 发电起始阶段，膜功率密度极低，Statkraft 公司研究( Chung et al．，2015) 认为只有膜功率密度大于5 W·m－2时才具有商业应用价值；然而压力阻尼渗透过程中，由于在汲取液测会产生较高压力，在此压力下，若正渗透膜强度较低，则极易受到损坏，难以产生较高的膜功率密度。经过国内外学者长期不懈努力，目前，平板压力阻尼渗透(PRO）—膜的压力可以承受22 bar，功率密度可达 18 W·m－2，而中空压力阻尼渗透(PRO)膜的压力可以承受20 bar，功率
密度可达 27W·m－2[13]。压力阻尼渗透(PRO)膜的长足发展对压力阻尼渗透(PRO)发电的实际应用起了重要的推动作用，而今后，在不加重浓差极化、降低水通量的前提下，更高强度正渗透膜的研发对压力阻尼渗透发电至关重要。
3.5其它应用
正渗透除应用在上述领域外，还应用于应急水袋、渗透泵等方面[13]。
应急水袋最早由美国 HTI 公司研发并批量生产，应急水袋汲取液通常为糖类物质，将水袋投入污染水体后，水分被汲取到含有糖类侧，糖类汲取液被稀释后即可补充水分，亦可补充一定能量，甚至可利用一定量的止泻药作为汲取液，可有效缓解腹泻疾病。
正渗透渗透泵的研究主要应用于医药行业，为了满足某些药物需长期缓慢持续注射的要求。渗透泵注射器含有汲取液室( 动力室) 、药物室和活塞，当汲取液汲取水分时，由于体积增大推动活塞挤压药物室，使药物缓慢注入受体。
综上所述，正渗透技术在很多领域都得到了应用．但正渗透过程很少单独使用，通常会与其它技术联用以再生汲取液并生产高品质水，主要联用技术为膜过滤系统，包括超滤、纳滤和反渗透。超滤主要用于分子量较大的汲取液，多为有
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机大分子汲取液或者聚合高分子汲取液；纳滤系统用于部分有机汲取液和高价无机汲取液；反渗透系统则主要用于类似于氯化钠一类的小分子无机汲取液。值得注意的是，原料液在经过正渗透处理后会被高度浓缩，要真正实现“零排放”，通常需要结合结晶器或蒸发塘进行固化，固化后一般以危险废弃物进行处理。
美国HTI公司开发的FO水处理设备是一种可在战争或紧急救援情况下使用
的废水净化设备，是目前FO技术少有的商业化产品。最近，美国航天局测试了一种称为“正渗透包”( Forward Osmosis Bag，FOB) 的类似的便携式水处理装置，用于航天员在太空中的废水处理再利用。FOB工作时是将盛在包外层中的废水通过FO膜渗透进入盛有蔗糖溶液的内层，有毒物质留在包的内层，宇航员就可以安全的饮用内层的蔗糖溶液。但是，该装置并不完美，存在汲取液溶质反混现象，某些有毒物质还是会通过膜进入蔗糖溶液，因此需要进一步的改善。美国宇航局项目科学家和实验室主管 Levine说，人们可以回收利用汗水、呼吸出的冷凝气，甚至是尿液，让它们变得能安全饮用，现在已经迈出了一步。另据最新报道，普柏克有限公司( UK-based company) 已签订一份合同，建造并运行世界上第一座完全商业化的 FO 装置。这座装置将用于发电和水处理，装置建成后日生产纯水200m3。
4.结论和展望
以渗透压差作为驱动力的FO技术，在水处理领域引起了越来越多学者的关
注。研究包括FO膜制备、FO运行、传质机理、不同类型水和废水处理中的应用等。在实验室规模研究基础上，FO技术在中试、实际应用规模的研究也逐渐开展。但仍然存在一些问题期待解决，如膜污染、汲取液再生、浓差极化、汲取液溶质返混等，使FO技术的广泛应用受到限制。未来的研究应针对这些问题在深入解析FO传质机理、膜污染过程、浓差极化过程等基础上，继续开发有效的膜污染控制手段、汲取液再生方法、高效的FO膜和汲取液。不仅进行实验室研究，还应进行实际应用规模的长期运行研究。随着科研工作的不断深入，低能耗、高回收率的FO技术一定能得到更广泛的应用前景。
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正渗透膜分离技术 研究背景 随着世界人口数量的迅速增长和矿物燃料的急剧消耗，水资源和能源已成为地球上两种至关重要的资源。水资源匮乏和能源危机困扰着全球许多不同的团体。据报导，世界上至少十二亿的人缺乏洁净安全的饮用水，有二十六亿的人缺少足够多的环境卫生设备。 膜技术是近几十年迅速发展起来的高效分离技术，因其节能、高效、经济、简单方便、无二次污染等一系列优点，在水处理中已被广泛地用于苦咸水淡化、海水淡化、工业给水处理、纯水及超纯水制备、废水处理、污水回用等。作为一种低能耗、低污染的绿色技术，新型的膜分离技术，正渗透（Forward osmosis，FO），在供水和产能方面拥有着巨大的潜能，甚至在食品加工行业、医药行业也有很好的应用前景，正逐渐成为人们关注和研究的热点。 膜分离技术 作为一种广泛应用的分离技术，膜处理的分离原理主要是在常温下使溶质和溶剂通过半渗透膜，达到分离、浓缩和纯化的目的，在这个过程中，驱动力一般为压力驱动或电位驱动。该技术的特点有以下几个方面： （1）膜分离过程在常温下进行分离。 （2）膜分离过程无相变化。 （3）膜分离技术的适用范围较广。 （4）膜分离效率高，分离效果好。 （5）膜分离技术采用装置简单，操作方便。 通常来说，膜分离技术，能够对不同的微粒、分子、离子进行有效的分离，膜材料亦丰富为醋酸纤维素(CA)、聚丙烯腈(PAN)、聚酰胺(PA)、聚砜(PS)、聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯(PVDF)、陶瓷膜等。 常见水处理膜分离技术主要有以下几类： （1）微滤(MF)：由0.01～0.2 MPa的外加压力作为驱动力。膜的微孔直径处于微米范围，可截留粒径为0.1～10μm的悬浮物颗粒、纤维等。 （2）超滤(UF)：超滤以0.1～1.0 MPa左右的压力差为推动力。分离膜的孔径在 0.0015～0.02μm之间。 （3）反渗透(RO)：以1～70MPa左右的压力差为推动力。 （4）纳滤(NF)：由0.5～1.5MPa的外加压力作为驱动力。 正渗透 在正渗透中，用于分离的驱动力主要为FO膜两侧的汲取液和原料液之间的渗透压差，使水从原料液（较低渗透压）一侧自发传递到汲取液（较高渗透压）。不同于传统的靠压力驱动的膜分离技术，比如微滤、超滤、纳滤与反渗透等，正渗透由于运行的原理不同，因此有着独有的优势，例如施加较低或不施加压力，导致更低的能耗，降低运行成本；正渗透的分离能力强，对污染物有着较高的截留率；正渗透污染几乎为可逆污染，因而清洗效率高；正渗透的膜装置组成简单，操作容易等。在众多领域内，正渗透近几十年来均有着广泛的应用，特别的，在一些重要领域如海
反渗透水处理技术及其应用趋势研究 随着科学技术的不断发展，水处理工艺也取得了一定的进步。尤其现阶段的反渗透水处理技术，在工业生产用水、城市生活用水以及废水处理等方面得到广泛应用。本文主要对反渗透水处理技术的工作原理、反渗透膜技术的应用以及应用趋势进行探析。 标签：反渗透水处理技术用用趋势工艺 0前言 作为人类生产生活必备的资源，水资源一直关系着人们的生存问题。然而随着经济的快速发展以及工业化进程的加快，出现了水资源污染与水资源短缺等问题，使人们生产生活都受到了一定的影响。因此，加强反渗透水处理技术的应用，将是解决此困境的必然手段。 1反渗透工作的基本原理 反渗透主要指通过比较精密的膜制液体将实施对象进行分隔的技术，其工作原理在于利用精密膜液压力差值带来的动力，通过渗透膜使溶液中的溶剂能够分解出来。其中产生的压力差值又可称为渗透压，一般受溶液自身特性及其浓度、温度很大程度上能够影响渗透压的高低情况。而提到的反渗透膜是一种精密且比较复杂的装置，很容易出现堵塞或污染的情况，而且即便是微小的损伤也影响该装置的整体效能。所以要求使用反渗透膜时，必须保证进水的水质，通过分析水质特点、水质性质对原水进行处理，使反渗透膜装置应用过程中能够以水质符合标准为前提，实现高效能[1]。 2反渗透膜的应用 2.1反渗透膜在工业废水中的应用 工业废水往往包含很多废油物质、重金属等，排放过程中会对生态环境带来很大的危害。现阶段国内对电镀、重金属等废水处理的反渗透装置大约为120套左右，其采用的组件主要以卷状式以及内管式为主，操作压强为218Mpa，镍离子分离率也实现97.17%，当水通量能够保持在0.15m3/（㎡·d）时，几乎可以完全回收镍元素。 2.2反渗透膜在城市污水中的应用 当前，城市污水的处理包括对污水的净化以及对水资源的回收利用，其中对污水净化一般指污水处理厂能够从净化后的水中提取出优质的淡水。因为很多国家都面临水资源短缺的情况，所以对反渗透水处理技术的应用极为广泛。以新加坡为例，其基本国情便是严重缺水，但新加坡很多的反渗透污水处理厂通过对反
中水处理技术 ？ 适用范围 广泛适用于宾馆、写字楼、饭店等公用场所。 主要技术内容 一、基本原理 YES中水处理，系采用生化处理法。其工艺流程如下： 洗浴废水格栅调节池（予曝气）毛发过滤器污水泵生物接触氧化池沉淀过滤（活性碳过滤备用）中水贮存池中水泵用水点 二、技术关健 采用水下曝气技术 主要技术指标及条件 一、技术指标 BOD＜5㎎/l 污染程度的一个重要指标。其定义是：在有氧条件下，好氧微生物氧化分解单位体积水中有机物所消耗的游离氧的数量，表示单位为氧的毫克/升（O2，mg/l）。 一般有机物在微生物的新陈代谢作用下，其降解过程可分为两个阶段，第一阶段是有机物转化为CO2、NH3、和H2O的过程。第二阶段则是NH3进一步在亚硝化菌和硝化菌的作用下，转化为亚硝酸盐和硝酸盐，即所谓硝化过程。NH3已是无机物，污水的生化需氧量一般只指有机物在第一阶段生化反应所需要的氧量。微生物对有机物的降解与温度有关，一般最适宜的温度是15～30℃，所以在测定生化需氧量时一般以20℃作为测定的标准温度。20℃时在BOD的测定条件（氧充足、不搅动）下，一般有机物20天才能够基本完成在第一阶段的氧化分解过程（完成过程的99％）。就是说，测定第一阶段的生化需氧量，需要20天，这在
实际工作中是难以做到的。为此又规定一个标准时间，一般以5日作为测定BOD的标准时间，因而称之为五日生化需氧量，以BOD5表示之。BOD5约为BOD20的70％左右。 COD＜7㎎/l 是在一定的条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时，所消耗的氧化剂量。它是表示水中还原性物质多少的一个指标。水中的还原性物质有各种、、、亚铁盐等。但主要的是有机物。因此，化学需氧量（COD）又往往作为衡量水中有机物质含量多少的指标。化学需氧量越大，说明水体受有机物的污染越严重。化学需氧量（COD）的测定，随着测定水样中还原性物质以及测定方法的不同，其测定值也有不同。目前应用最普遍的是酸性氧化法与氧化法。高锰酸钾（K2MnO4）法，氧化率较低，但比较简便，在测定水样中有机物含量的相对比较值时，可以采用。重铬酸钾（K2Cr2O7）法，氧化率高，再现性好，适用于测定水样中有机物的总量。有机物对工业水系统的危害很大。含有大量的有机物的水在通过除盐系统时会污染离子交换树脂，特别容易污染阴离子交换树脂，使树脂交换能力降低。有机物在经过预处理时（混凝、澄清和过滤），约可减少50%，但在除盐系统中无法除去，故常通过补给水带入锅炉，使炉水值降低。有时有机物还可能带入蒸汽系统和凝结水中，使pH降低，造成系统腐蚀。在循环水系统中有机物含量高会促进微生物繁殖。因此，不管对除盐、炉水或循环水系统，COD都是越低越好，但并没有统一的限制指标。在循环冷却水系统中COD（DmnO4法）>5mg/L 时，水质已开始变差。 SS l㎎/l PH 8．0 二、条件要求 主要设备及运行管理 一、主要设备 毛发过滤器、水下曝气机、污水提升泵、机械过滤器、活性碳过滤柱、自动控制系统、过滤水泵、反冲洗水泵、中水泵、投药设备。 二、运行管理
正渗透的应用和技术优势 姓名：班级：学号： 16121229 指导教师：于海琴 正渗透的应用和技术优势 摘要：作为一种新型膜处理技术，正渗透技术自20世纪50年代建立以来，在环保、能源、海水淡化等领域受到越来越广泛的关注;其经历了从实验室研究，中试实验，到少量的商业化应用，技术日臻完善。正渗透技术是利用自然渗透压差为驱动力的一种净水技术，为水资源和环境问题提供了低能耗、高效率的解决方法。该文介绍了正渗透的技术优势，以及正渗透在海水淡化、废水处理、污水回用、能源开发以及食品加工等领域的应用。 关键词：正渗透、技术优势、海水淡化、废水处理 I 1.引言
正渗透（Forward osmosis, FO）是近年来发展起来的一种浓度驱动的新型膜分离技术，它是依靠选择性渗透膜两侧的渗透压差为驱动力自发实现水传递的膜分离过程，是目前世界膜分离领域研究的热点之一。 1.1正渗透技术的原理和技术特点 1.1.1正渗透技术的原理 正渗透是浓度驱动型的膜过程，它依靠选择性渗透膜两侧的渗透压差为驱动力来自发的实现水在膜中的传递。也就是指水从较高的水化学势（或较低渗透压）一侧区域通过选择透过性膜流向较低水化学势（或较高渗透压）一侧区域的过程。在具有选择透过性膜的两侧分别放置两种具有不同渗透压的溶液，一种为具有较低渗透压的原料液(feed solution，FS)，另一种为具有较高渗透压的汲取液(draw solution，DS)。正渗透正是依靠正渗透膜两侧的汲取液(draw solution，DS)和原料液(feed solution，FS)间的自然渗透压差，使水分子自发地从低渗透压侧(FS侧)传输到高渗透压侧(DS侧)而污染物被截留的膜分离过程，具体如图1所示。 图1.正渗透过程示意图 不同于传统膜分离过程，正渗透利用低水化学势的DS从高水化学势的FS吸取纯水，无需投入额外的驱动压力，因而其能耗低[1]。 1.1.2正渗透技术的技术特点 正渗透不同于压力驱动膜分离过程，它不需要额外的水力压力作为驱动力，而依靠汲取液与原料液的渗透压差自发实现膜分离。这一过程的实现需要几个必要条件：（1）可允许水通过而截留其他溶质分子或离子的选择性渗透膜及膜组件；（2）提供驱动力的汲取液；（3）对稀释后的汲取液再浓缩途径[2]。 早期关于正渗透过程研究均采用反渗透复合膜，发现膜通量普遍较低，主要原因是复合膜材料的多孔支撑层产生了内浓差极化现象，大大降低了渗透过程的效率。20 世纪90 年代，Osmotek 公司（Hydration Technologies Inc.(HTI)公司前身）开发了一种支撑型高强度正渗透膜，已被应用于多种领域，是目前最好的商
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/2b1862512.html, 正渗透膜制备的研究进展 作者：张小月 来源：《中国科技博览》2017年第12期 [摘要]自二十世纪，正渗透便由于其节约能源的优势逐渐走进人们的视野，越来越多的人对正渗透技术进行研究，期望更完善正渗透技术，将其应用于水处理。正渗透处理技术具有节能高效、经济简单[1]、耐污染[2]、高回收率[3]等特点，然而汲取液的选择[4]、浓差极化现象[5]等都会对正渗透膜性能产生影响。基于此，本文综合了国内外的相关文献，总结了近年来 正渗透技术在膜制备方面的研究现状及发展，发现目前研究者们主要是通过改进制膜材料、共混改性、界面聚合、改善膜结构的方法对正渗透膜改性，且每种方法都各有优劣，希望通过本文能够给正渗透膜的发展提供理论依据。 [关键词]正渗透共混改性界面聚合 中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）12-0249-02 1、引言 随着社会经济的不断发展，水资源问题也逐渐进入人们的视野；同时，为了实现能源与水资源的合理协调，正渗透技术凭借其节约能源的优势受到了学者的广泛关注。正渗透技术具有能耗低、水回收率高、膜污染小的特点，被广泛应用于海水脱盐[6]、废水再生[7]、纯水及超纯水制备、食品加工及医药行业等。同时，正渗透技术也可用于处理油砂尾矿水[8]、脱除水 中的重金属离子例如钴离子[9]等。在某些水资源短缺、水污染严重的地区，正渗透技术凭借 其低成本、低能耗、低化学药剂使用等特点被广泛使用。但是，正渗透膜本身也有很多限制因素：膜污染、内浓差极化、膜的孔隙率[10]以及机械强度等都会影响正渗透技术的性能。基于此，研究者们不断对正渗透技术改进，对正渗透膜进行改性或改变正渗透技术的使用时用到的汲取液，希望大幅度提高正渗透技术的可应用性。 本文综述了近些年正渗透技术发展过程中所应用到的正渗透膜改性方法，展望了正渗透膜的研究方向和前景，希望能够为以后的正渗透膜改性提供理论依据。 2、正渗透膜改性 正渗透技术比超滤、纳滤、反渗透等过滤方式有很多独有的特点，但是在正渗透膜的商业化应用中，正渗透技术仍然存在许多问题，在其不断发展的过程中，研究者们不断对正渗透技术进行改进。目前，主要的正渗透膜改性技术包括选择不同的铸膜材料、共混改性、界面聚合以及对基膜增加筛网或无纺布。 2.1、不同的铸膜材料
反渗透在焦化废水处理中的应用研究 摘要:进行了（5～10m3/d）“A2/O+MBR（膜生物反应器）＋反渗透（RO）”组合工艺用于焦化废水深度处理的试验研究。试验结果表明，该组合工艺处理效果优良，RO系统能够长期稳定运行。在进水CODcr平均浓度高达3000ppm，NH3-N浓度220ppm时， RO出水COD<20 mg/L, NH3-N<3 mg/L。 关键词:A2/O工艺;MBR;RO;焦化废水；蒸氨废水; 前言 焦化废水是在生产焦炭、煤气、焦油及焦化产品的过程中产生的废水，含有多种污染物质。其中有机物以酚类化合物为主，占总有机物的一半以上，有机物中还包括多环芳香族化合物和含氮、氧、硫的杂环化合物等。无机污染物主要以氰化物、硫氰化物、硫化物铵盐等为主。其中蒸氨废水是焦化废水中浓度最高，处理难度最大的废水，属难降解的高浓度有机工业废水类。传统处理工艺都是，将其与生活污水或其他低浓度工艺废水混合稀释后，一起进行生化处理，达标排放。 本次试验将RO工艺引入焦化蒸氨废水的深度处理，国内在此尚未有成功的研究报道。1试验装置与方法 1.1、试验装置 试验采用的中试装置在现场完成组装，其中MBR膜分离装置和RO装置都是一体化设备，能够选择手动和自动运行两种方式。 MBR装置采用的是DOWTM FLEXELL-20中空纤维膜，膜平均过滤孔径为0.1μm。装置使用了2支FLEXELL-20膜软件，膜通量在10～20L/m2.h，处理能力为5～10m3/d。 RO装置使用的是DOW FILMTECTM BW30-365-FR膜元件。装置产水量为5～8 m3/d。连续运行，膜池来水加还原剂和阻垢剂后进入系统。系统设置的回收率为65％，70％和80％。图1是中试试验所采用的工艺流程。 1.2试验方法 蒸氨废水先经过调节池，调节池主要是加酸调节pH，调节池出水进入气浮池除油。除油后的废水进入水解酸化池。水解酸化池的作用主要是将其中难生物降解物质转变为易生物降解物质，提高废水的可生化性，以利于后续的好氧生物处理。酸化后的出水进入缺氧池，缺氧池带搅拌机，主要是起到反硝化的作用，缺氧池的出水在好氧池被有效的生化降解后进入膜池；在膜池进行泥水分离，产水进入RO装置进行进一步的脱盐处理，活性污泥混合液回流到缺氧池进行反硝化。 蒸氨废水→调节池→A2/O→MBR一体化装置→RO系统（加盐酸、阻 垢剂）→混床 图1 中试系统工艺流程图 2试验水质及运行参数 试验废水来源为山东焦化集团铁雄能源煤化有限公司二分厂蒸氨废水。表1为该废水水质情况。 表1 山东焦化二分厂蒸氨废水水质
水处理技术方案 一、方案简介： 重要提示请仔细阅读此部分： 获得较好的冷却水处理结果，三分靠药剂，七分靠管理。冷却水每时每分都在蒸发浓缩，水中钙镁离子不断聚集。当钙镁离子浓度达到药剂处理最高临界点时，需要通过排出一部分浓缩的冷却水，补充新水来平衡冷却水系统内的钙镁离子浓度，以达到缓蚀阻垢、节约用水的目的。 要想精确控制平衡冷却水系统内钙镁离子浓度，通过人工加药排污或时钟控制加药、时钟控制排污是无法做到的。因为不知道何时系统内钙镁离子达到药剂处理临界点。定时排污时，有可能已经超过了药剂处理最高临界点，造成结垢风险。也有可能没到药剂处理最高临界点就排污，造成浪费水资源和药剂。 中央空调循环冷却水在线监测管理系统能够达到精确控制加药与排污。它是通过插入水中的电导率探头，时时监测水质变化，当达到药剂处理最高临界点时打开排污电磁阀开始排污、当达到排污预定下线时自动关闭排污电磁阀。 如何判定药剂最高处理临界点，每个药剂厂家数据都不相同。我单位是化验冷却水当时钙硬度和总碱度之和是否达到国标要求最上限 1100mg/L时的电导率来设定排污上线的。因为每个地区的补充水质不同，最高处理临界点时的电导率有可能是1500us/m2，有可能是1800us/m2、也有可能是2000us/m2、部分地区补水水质较好也有可能达到2300us/m2甚 至达到3800us/m2。根据贵司提供招标文件规定电导率必须达到 1800us/m2。我单位根据贵司补充水数据设计出冷却水加药量为100ml/T 即100毫升/吨的加药方案。 二、服务内容 ☆每二周现场提取循环冷却水水样进行化验； ☆根据化验结果提供排污方案；（如选旁流去离子水设备不用排污） ☆每二周提供一次化验结果报告； ☆培训甲方人员加药、排污等技术及方法；
正渗透技术—水处理领域投资新热点 时间：2011-08-09 来源：科学时报作者：郭勉愈 新投资热点 中国工程院院士、国家海洋局杭州水处理技术开发中心膜与膜过程实验室主任高从堦告诉记者，正渗透技术为水资源和环境问题提供了低能耗、高效率的解决方法，是一种实用性很强的环境友好型技术。其应用范围已经包括海水淡化、水净化、废水处理、食品、医药、能源等领域。 在医药领域，利用正向渗透技术制造的渗透泵能够实现药物剂量的精确释放、靶向输送和剂量控制。食品加工应用正渗透保存食品（水果、肉类等）已很普遍，正向渗透浓缩饮料和流质食物很好地保留了食品本来的色、香、味和营养价值，深受人们喜爱。 高从堦表示，正渗透技术在能源领域也有巨大的市场潜力，它可以利用河流入海口地区海水与河水之间的渗透压差来发电，欧洲国家已经把目光瞄准了这个市场。 在这一领域处于国际领先地位的是挪威。2008年，挪威国家能源集团在布斯克吕德郡建设了世界首个海洋渗透压发电厂，工程中使用了2000平方米的正渗透膜。预计到2015年，发电厂将成熟到可以将其电力正常入网的状态。 高从堦告诉记者，对于像我国这样能源紧张的国家来说，渗透压发电是理想的选择。挪威的经验可以作为我国将来发展渗透压发电的借鉴。 国际大型的水处理公司也纷纷致力于正渗透技术的商业化应用。 目前最好的商业化正渗透膜是美国水化技术创新公司的支撑型高强度膜，该公司成立于1987年，是公认的正渗透技术的先行者。水化技术创新公司在2004年推出一款基于正渗透原理的便携式水过滤器。在这种过滤器里，正渗透膜被封入小型密封塑料包，包中还含有由糖、香料、饮料粉末等组成的可食用汲取液。把这种膜包浸入脏水，水在渗透压作用下扩散
正渗透技术处理水和废水 1 引言 膜分离技术由于出水水质高、设备简单易操作、能耗相对较低、适应性强等特点，在水处理领域获得越来越多的关注.目前应用于水处理领域的几种膜分离技术.其中微滤(microfiltration，MF)、超滤(ultrafiltration，UF)、纳滤(nanofiltration，NF)和反渗透(reverse osmosis，RO)由机械压力驱动传质过程，是水和废水处理的常规技术.其他膜技术，如温度差驱动的膜蒸馏技术(membrane distillation，MD)，电场驱动的电渗析技术(electro-dialysis，ED)，一些由化学反应驱动的膜吸收技术(membrane absorption，MA)等也成为水处理领域的新型技术.正渗透(forward osmosis，FO)是一种由渗透压(浓度差)驱动的新型膜技术.可用于海水脱盐、废水处理等方面. FO膜是一种渗透膜.名义孔径在1 nm以下，用于截留溶解性离子和盐类等物质，与RO 相当.但与RO相比，FO无需外加机械压力，具有低压操作、低膜污染、高截留的优点，近年来在水处理领域受到较多关注. 2 FO原理(Basic principle of FO) FO膜是一种选择性渗透膜，膜的一侧是低渗透压的待处理水，另一侧是高渗透压的汲取液，水分子透过FO膜从低渗透压侧扩散到高渗透压侧，从而实现水与杂质的分离(图 1).该过程的驱动力是膜两侧溶液的渗透压差，不需外界提供压力. 图 1 FO工艺的原理示意图 2.1 FO应用与运行效果 2.1.1 海水(浓盐水)脱盐 FO已被用于含盐废水、含盐地下水、盐湖水和海水的脱盐.大多数为实验室规模的小试研究，汲取液采用难挥发性(NaCl，Na2SO4，MgSO4等)或挥发性(NH3/CO2和NH4HCO3)盐溶液.其中Zhao等进行的盐湖水脱盐，回收率达到70%.McGinnis等采用中试规模的FO处理高盐水(TDS>70，000 ppm)，回收率达到60%，与蒸发浓缩技术相当，出水水质达标(美国宾州
反渗透纯水技术的现状、发展与研究来源：中国电厂化学作者：佚名发布日期：2008-6-4 17:39:55 (阅72次) 关键词:电力反渗透 ：71摘要：本文回顾了国内反渗透纯水设备及其应用领域8年来的光辉发展历程；评述了行业中产品及企业的发展；在反渗透工程技术研究方面，提出了一套系统设计与运行的总体优化模式。 关键字：RO膜工业、RO膜技术、RO系统设计 一、反渗透技术领域的历史与现状 ⑴纯水制备行业 以八年前美国海德能公司的反渗透膜产品进入大陆市场为标志，国内的反渗透纯水制备工艺技术进入了高速发展阶段，在电力、石油、化工、冶金、电子、医药、食品等工业行业以及市政给水、直饮水等民用方面均得到了广泛的应用。与传统的离子交换、电渗析方法相比，反渗透膜法占领了纯水制备工艺的绝大部分市场份额。反渗透技术在国内最早应用于微电子行业中冲洗用水的制取，而近年来直饮水的反渗透工艺所形成的技术与消费浪潮，从南到北自东至西席卷全国，极大的促进了RO技术的普及。 近年来我国汇率稳定，关税下调，国外膜厂商在国内市场上激烈的价格竞争，国内代理商价格水分的不断挤出，配套产品的逐步国产化，均促使膜及其配套产品的市场价格及反渗透系统的工程造价一再下降。与此同时，我整体国力及企业购买力增强，个人消费水平提高，从另一方面促进了反渗透技术的广泛普及，促进了直饮水、市政供水及各工业行业先后接受了反渗透技术及其产品，形成了各自行业技术进步的重要环节。进而对国内整体工业进步起到了一定的促进作用。 ⑵反渗透膜产品 就反渗透膜的结构形式而言，中空膜、管式膜、板式膜的市场相对狭窄，致使美国杜邦公司(DuPont)已经停止其中空膜的生产，日本东洋纺(Toyobo)的中空膜在国内的销量也极其有限，而因卷式膜的预处理要求低、处理水源范围宽、应用范围广泛、市场巨大，使卷式膜几成反渗透膜的代名词。在膜材料方面，由于醋酸纤维膜的工作压力高、脱盐率低等缺陷，已基本退出市场，低压与超低压芳香聚酰胺复合膜已成为市场的绝对主流。而膜产品的发展动向，是朝着低污染膜、正电荷膜、钠滤膜等多品种多用途方向发展。 海德能公司的低污染膜（LFC1、LFC3系列）具有较强的化学抗污染性能，是在原有的聚酰胺复合膜上再
正渗透技术：海水淡化的新发展 日期：2010-11-2 联合国日前一份报告预测，到2025年，全球三分之二的人口都将面临饮水危机。人口增长以及降雨模式的变化将使许多国家把海洋作为饮用水的潜在来源。但由于海水淡化过程中能源需求庞大，目前的技术尚无法解决人们迫在眉睫的问题。而据《新科学家》报道，相对于传统的反渗透技术，研究人员找到了 能效相对较高的替代性选择——正渗透技术。 现代反渗透海水淡化工厂的能耗效虽然比几十年前有所提高，但一座年生产1.5亿立方米淡水的海水淡化厂也会消耗90兆瓦电力，相当于20台海上风力涡轮机的峰值输出。反渗透是一个内在的能源密集型过程，自然过程中水流由淡变咸，而反渗透过程正好相反。如果在海水中注入高浓度的“汲取液”，淡水就可以轻而易举地被提取出来，这就是一些已经开始出现的试验性“正渗透”工厂背后的原理。 美国水化技术创新公司（Hydration Technology Innovations）2004年就推出了一种基于正渗透原理的便携式水过滤器。正渗透膜被封入小型密封塑料包，包中还含有糖和香料充当汲取液来源。但是该过滤器生产清洁饮用水的成本较高，只能用于紧急情况，因此无法应对世界性水源危机。 同样是2004年，美国耶鲁大学由梅纳赫姆·伊利米勒（Menachem Elimelech）、杰弗里·麦卡琴（Jeffrey McCutcheon）、罗伯特·麦金尼斯（Robert McGinnis）组成的研究小组将正渗透理念进一步推进。该小组使用了一种基于碳酸氢铵的汲取液，铵离子和碳酸氢盐离子可以吸引水分子通过薄膜，然后加热溶液至40摄氏度，氨气和二氧化碳便会排出，留下纯净的淡水，而排出的气体可捕获后重新使用。研究小组称，如果能利用发电厂的余热蒸发气体，该方法的能耗仅是目前海水淡化工厂的20%，但这种技术对工 厂的选址要求较高。 正渗透技术面临的另一个挑战是找到合适的薄膜，只让水分通过，排除盐分在外。《海水淡化报导》的编辑汤姆·潘克拉茨（Tom Pankratz）表示：“这是正渗透产业面临的主要障碍。”正渗透膜不仅需要厚度尽量薄，以便让海水接近吸引溶液，保持高渗透压；同时也需要足够强韧，可抵抗渗透产生的水流。 水化技术创新公司开发了一种纤维素薄膜，但该膜却无法抵抗碳酸氢铵溶液的碱性。为了抵挡反渗透过程的高压，反渗透膜需要“支撑层”来强化其韧性，但如果用于正渗透，这层膜就显得过厚了。 耶鲁大学研究小组认识到，如果将支撑层出去，就可以获得合适的正渗透膜。通过试验不同的聚合物溶液，该小组找到了一种利用替代支撑层制造薄膜的方法。新薄膜除了又薄又韧外，渗透性也很好。试验中，新正渗透膜的膜通量是传统反渗透膜的9倍，能够过滤97%的盐分。伊利米勒表示，试验采用的是“手工实验室版”新薄膜，如果新膜能以工业规模生产，其性能会更好。 南洋理工大学的新加坡膜技术中心副主任王蓉（Wang Rong）最近研发出一种由微管状纤维构成的薄膜，可以使用碳酸氢铵作为汲取液。王蓉表示，这种薄膜有望使海水淡化工厂的能耗降低至少30%。中心主任托尼·费恩（Tony Fane）说，该膜的生产过程非常简单，大型海水淡化设施可按需进行组装。 英国现代之水公司（Modern Water）称已经解决了正渗透膜问题，并成功部署了正渗透装置来淡化海水，工厂能耗比传统海水淡化低30%。公司没有使用碳酸氢铵，而是利用了一种专用盐类。该公司称，新技术已经用于一座示范工厂和另一座完整规模的工厂。 尽管正渗透技术潜力巨大，但它仍存在许多障碍需要克服。美国科罗拉多矿业大学水净化专家泰西·卡斯（Tzahi Cath）认为，耶鲁大学研究小组的想法很完善，但他不认为蒸发碳酸氢铵气体的废热能够便宜到让该过程具有经济性。伊利诺斯大学海水淡化材料专家马克·香农（Mark Shannon）表示， 正渗透膜的成本过高，需求量也很大。 而两位专家都认为，正渗透技术在回收废水方面潜力巨大。香农说，由于咸度比海水低，渗透压较高，废水的膜通量更高。正渗透技术同理还可用于处理深层地下水、河口水等苦咸水。深层地下水的储量非常丰富。香农表示，几乎每个大陆下面都存在大量的苦咸水，正渗透技术有望取得了不起的成就。正渗透技术面临的另一个挑战是找到合适的薄膜，只让水分通过，排除盐分在外。《海水淡化报导》的编辑汤姆·潘克拉茨（TomPankratz）表示：“这是正渗透产业面临的主要障碍。”正渗透膜不仅需要厚
正渗透技术处理电镀废水 一、引言 近年来，我国电子、机械、汽车等行业发展迅速，对镀件的大量需求带动了电镀产业的迅猛发展。国内大约有2万多家从事电镀生产的企业，它们每年排放大量的污染物，其中包括约4亿t含重金属的废水、5万t固体废物、3000亿m3酸性废气。电镀废水的危害巨大，特别是对水体和环境会造成严重破坏。随着搁置时间的延长，电镀废水毒性也会增强，进一步对生态环境带来更大的破坏。与其他污染相比，电镀废水的危害程度远远超出其他污染。因此，采取科学合理的处理方法处置电镀废水是非常重要的。 目前，对电镀废水的处理方法多种多样：陈俊峰等运用化学法处理含铬、镍、氰的电镀废水，即氧化还原、酸碱中和、化学沉淀、固液分离方法，这种方法最传统，也最简单可靠，目前全球80%的电镀废水处理技术用的都是化学法。但用这种方法产生的污泥量大，处理水的质量也不够高，生物处理技术常用于去除有机物、氮磷、悬浮物等污染物质。由于电镀废水中重金属离子和某些有机化合物会抑制或扼杀微生物，目前尚无稳定有效的微生物菌种可以直接处理电镀废水，通常需经过物理、化学法等预处理后再进入生物处理系统，高丽娟等运用离子交换法处理电镀废水，这种方法使用的离子交换树脂易被废水中有机物污染，使得树脂重复使用率不高。因此，开发运用一种高效、节能的处理方法迫在眉睫。正渗透(FO)是一种无需外界驱动力的新型膜处理工艺，相比纳滤和反渗透技术，其截留效果显著、能耗较低，因此受到广泛关注，并且被用于海水淡化、废水处理等领域。本研究采用聚酰胺正渗透膜(TFC膜)和筛网内嵌式三醋酸纤维素正渗透膜(CTA膜)浓缩电镀废水，实时监测水通量变化，通过SEM、EDS、AFM、XRD、XPS等表征手段，分析两种膜表面污染产生的具体原因，为今后运用正渗透技术处理电镀废水提供参考。 二、实验部分 2.1.实验材料与仪器 在该研究中，使用聚酰胺正渗透膜(TFC膜)和筛网内嵌式三醋酸纤维素正渗透膜(CTA 膜)。CTA膜由三乙酸纤维素层和嵌入的编织支撑网组成。TFC膜由多孔聚砜支撑层顶部的薄选择性聚酰胺活性层制成。氯化钾(KCl)购于国药集团，电镀废水取至无锡某汽车零部件有限公司，此废水经过初步物化处理，废水基本信息见表1。 2.2.FO装置的运行 将FO装置放于温度恒定(25℃±1℃)的室内环境。膜反应元件由两块亚克力板组成，膜材料被夹在亚克力板之间。膜两侧放置支撑网格以缓解水流的冲击作用，原料液和汲取液通
[水处理技术]十种常用水处理方法 沉淀物过滤法 沉淀物过滤法的目的是将水源内之悬浮颗粒物质或胶体物 质清除干净。这些颗粒物质如果没有清除，会对透析用水其它精密的过滤膜造成破坏或甚至水路的阻塞。这是最古老且最简单的净水法，所以这个步骤常用在水纯化的初步处理，或有必要时，在管路中也会多加入几个滤器（filter）以清除体积较大的杂质。滤过悬浮的颗粒物质所使用的滤器种类很多，例如网状滤器，沙状滤器（如石英沙等）或膜状滤器等。只要颗粒大小大于这些孔洞之大小，就会被阻挡下来。对于溶解于水中的离子，就无法阻拦下来。如果滤器太久没有更换或清洗，堆积在滤器上的颗粒物质会愈来愈多，则水流量及水压会逐渐减少。人们就是利用入水压与出水压差来判断滤器被阻塞的程度。因此滤器要定时逆冲以排除堆积其上的杂质，同时也要在固定时间内更换滤器。沉淀物过滤法还有一个问题值得注意，因为颗粒物质不断被阻拦而堆积下来，这些物质面或许有细菌在此繁殖，并释放毒性物质通过滤器，造成热原反应，所以要经常更换滤器，原则上进水与出水的压力落差升高达到原先的五倍时，就需要换掉滤器。2硬水软化法 硬水的软化需使用离子交换法，它的目的是利用阳离子交换
树脂以钠离子来交换硬水中的钙与镁离子，以此来降低水源内之钙镁离子的浓度。其软化的反应式如下： Ca2++2Na-EX→Ca-EX2+2Na+1Mg2++2Na-EX→Mg-EX2+ 2Na+1式中的EX表示离子交换树脂，这些离子交换树脂结合了Ca2+及Mg2+之後，将原本含在其内的Na+离子释放出来。树脂基质（resin matrix）内藏氯化钠，在硬水软化的过程中，钠离子会逐渐被使用耗尽，则交换树脂的软化效果也会逐渐降低，这时需要作还原（regeneration）的工作，也就是每隔固定时间加入特定浓度的盐水，一般是10%，其反应方式如下：Ca-EX2+2Na+ （浓盐水）→ 2Na-EX+Ca2+Mg-EX2+2Na+ （浓盐水）→ 2Na-EX+Mg2+如果水处理的过程中没有阳离子的软化，不只是逆渗透膜上会有钙镁体的沉积以致降低功效甚至破坏逆渗透膜，长期饮用也容易得到硬水症候群。硬水软化器也会引起细菌繁殖的问题，所以设备上需要有逆冲的功能，一段时间後就要逆冲一次以防止太多杂质吸附其上。全自动钠离子交换器采用离子交换原理，去除水中的钙、镁等结垢离子。当含有硬度离子的原水通过交换器内树脂层时，水中的钙、镁离子便与树脂吸附的钠离子发生置换，树脂吸附了钙、镁离子而钠离子进入水中，这样从交换器内流出的水就是去掉了硬度的软化水。 3去离子法
水处理中正渗透膜分离技术的应用 摘要：渗透（osmosis）是一种仅依靠渗透压驱动的分离过程,基于渗透现象发展起来的正渗透膜分离技术,目前该技术在国际都得到了广泛的应用。本文章综述了水处理中正渗透膜分离技术应用过程的基本原理、应用现状以及水处理正渗透膜分离技术的应用领域,并对未来水处理中正渗透膜分离技术的应用方向提出了展望。希望在未来其技术能得到更加广泛的应用与发展。 关键词：正渗透应用水处理膜分离技术 一、前言 20世纪60年代起，对膜分离技术从实验室研究已经进入到了工业行业的实际应用，直至现在，它已应用到水处理，食品加工，制药工程，医学以及能源等不同的领域。正渗透(Forward osmosis，FO)是一种不需外加压力做驱动力，而仅依靠渗透压驱动的膜分离过程。正渗透膜分离技术与外加压力驱动的膜分离技术最大的区别就是正渗透膜分离技术不需要外加压力或在较低的外加压力下运行，并且膜污染情况相对较轻，在持续长时间运行后无需清洗。水处理中正渗透膜分离技术目前在国际上诸如美国、新加坡、欧洲等国家和地区已得到大量研究和应用。 二、水处理中正渗透膜分离技术的基本原理 正渗透是浓度驱动型的膜过程,它依靠选择性渗透膜两侧的渗透压差为驱动力来自发的实现水在膜中的传递。也就是指水从较高水化学势(或较低渗透压)一侧区域通过选择透过性膜流向较低水化学势(或较高渗透压)—侧区域的过程。在具有选择透过性膜的两侧分别放置两种具有不同渗透压的溶液，一种为具有较低渗透压的原料液(Feed solution)，另一种为具有较高渗透压的驱动液(Draw solution)，正渗透正是应用了膜两侧溶液的渗透压差作为驱动力，才使得水能自发地从原料液一侧透过选择透过性膜到达驱动液—侧。当对渗透压高的一侧溶液施加一个小于渗透压差的外加压力的时候，水仍然会从原料液压一侧流向驱动液—侧，这种过程叫做压力阻尼渗透(Pressure-retarded osmosis，PRO)。压力阻尼渗透的驱动力仍然是渗透压，因此它也是一种正渗透过程。水处理中正渗透膜分离技术应用正是基于这种原理。 三、水处理正渗透膜分离技术应用现状 正渗透膜过程，具有三低优势，即低压操作，低能耗和低污染，在水处理领域已得到了一定的应用。但是国内并不多见其应用报道，所以说应用不是很多，尽管如此，这一技术仍然具有很大的应用价值和光明的应用前景。如果要大范围普及正渗透膜分离技术，仍需做很多努力。包括了我国对正渗透膜分离技术研究不多，特别是在水处理应用上缺乏经验参数，这需要进行大量的实验，从而积累经验；目前所拥有的正渗透膜性能太低，品种不全、不优；缺少既经济又高效的汲取液体系和汲取液再浓缩途径。 鉴于水处理正渗透膜分离技术仍存在比较多的问题，在今后的研究和应用方面应该从这些方面的着手突破，极大推动正渗透技术在水处理中的广泛应用，以促进新一代水处理工艺的高效发展。总之，对水处理正渗透膜分离技术的研究，都应该围绕如何提高正渗透过程的水回收率、如何提高正渗透过程中的分离效率、以及如何降低正渗透过程的运行成本等方面进行。 四、水处理中正渗透膜分离技术应用领域
反渗透技术在水处理中的应用 现状及展望 (黑龙江科技大学环境与化工学院,黑龙江,哈尔滨) 摘要:水的治理一直是从工业化进程开始就是一个重要的环境治理问题，作为水处理技术之一的反渗透技术从产生现在，经历了几十年的发展，目前在水处理方面的应用较为广泛。本文简单介绍了反渗透技术的原理和发展历程，并在总结前人研究的基础之上，通过资料收集的方式，从给水处理和污废水处理两个方面对于反渗透技术的应用现状进行了描述，并对其作出了展望。 关键词: 反渗透水处理现状展望 The Current Situation and Prospect of the Using of the Reverse Osmosis in Water Treatment (Heilongjiang University of Science and Technology) Abstract:Water treatment is an important method to solve environmental problem as industrialization process speed up. With decades developing, Reverse osmosis ,one of water treatment technology, now has been widely applied in the field of water treatment. In this paper ,the principle of reverse osmosis technology and development were simply introduced, And on the basis of summarizing the informed research and by the way of data collection, From two aspects in feed water treatment and waste water treatment for the present situation of the application of reverse osmosis technology are described, and made a prospect. from water using
正渗透水处理关键技术研究进展 ［摘要］正渗透是一种新型的膜分离技术，其分离的驱动力来源于原料液和汲取液之间自然存在的渗透压差，近年来正渗透技术已在国际上得到广泛关注。简述了基于此技术的正渗透水处理过程的基本原理，指出了这种新型水处理过程的关键技术——正渗透膜和汲取液，根据各自的技术特点对其进行分类概述，并从实验室基础研究和技术的商业化进程两方面介绍了这两项关键技术取得的最新研究进展。从水通量角度对不同体系进行了简单比较，分析了各材料和方法的优缺点，并对它们的应用前景进行了展望。 ［关键词］正渗透；水处理；汲取液；海水淡化 ［中图分类号］ TQ028.8 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1005-829X（2012）05-0005-05 Advance in the key techniques of forward osmosis water treatment Zhang Qian1，Shi Qiang2，Ruan Guoling1，Chu Xizhang1 Abstract： Forward osmosis（FO） is a kind of new membrane separation technique. Its driving force comes from the naturally existing osmotic pressure difference between feed solution and draw solution. Forward osmosis （FO） technology has become increasingly attractive internationally，in recent years. The basic principles of the FO water treatment are introduced and the key techniques of the new type of water treatment process-FO membrane and draw solution -are pointed out. According to their own technical characteristics，the key techniques are classified and summarized. The newest research progress in the key techniques is introduced from the aspects of fundamental research in labs and the schedule of technique commercialization. Different systems are compared simply from the angle of water flux. The advantages
反渗透原理及技术与应用 专业：给水排水工程 摘要：反渗透技术是一种高效、易操作的液体分离技术，同传统的废水处理方法相比具有处理效果好、可实现废水的循环利用和对有用物质回收等优点。文章简要介绍了厦渗透技术的基本原理，重点介绍了反渗透技术在垃圾渗滤液、矿区污水、钢铁工业废水、电厂废水处理中的应用研究进展状况。并讨论了反渗透膜技术的预处理、反渗透膜污染及清洗和反渗透技术的发展前景。 关键词：反渗透原理技术流程简介 反渗透简介： 反渗透原文是REVERSE OSMOSIS--（RO），它是美国太空总署集合多国科学家，在政府支持下，花费数十亿美元，经过多年研究而成。它最初用于将太空人的生活用水回收处理，使之可再次饮用，从而使太空船不必运载大量的饮用水，故称之太空技术。它所制出的水也称之为"太空水"。近年来，在我国发展很快。反渗透就是对溶液施加一个大于渗透压的压力，使水透过特制的半透膜，从溶液中分离出来。因为这个过程和渗透现象相反，所以称为反渗透。按各种物料的不同渗透压，就可以对某种溶液使用大于渗透压的反渗透方法，达到对溶液进行分离、提取、纯化和浓缩的目的。它能去除滤液中的离子范围和分子量很小的有机物，如细菌、病毒、热源等。 反渗透装置，主要是分离溶液中的离子范围，它无需加热，更没有相变过程，因此比传统的方法能耗低。反渗透装置体积小，操作简单，适用范围比较广。用反渗透装置，处理工业用水，不耗用大量酸碱，无二次污染，它的运行费用也比较低。用反渗透方法处理的水，纯度高，它不但能去除离子范围的杂质，还能去除有机污染物、微生物、病毒和热原质等，用其它方法难去除的杂质。 1 反渗透膜发展概况 膜广泛的存在于自然界中，特别是生物体内。人类对于膜现象的研究源于1748年，但是人类对它的认识和研究则较晚。1748年，Abbe Nollet观察到水可以通过覆盖在装有酒精溶液瓶口的猪膀肌进入瓶中时，发现了渗透现象。然而认识到膜的功能并用于为人类服务，却经历了200多年的漫长过程。人们对膜进行科学研究则是近几十年来的事。其发展的历史大致为；30年代微孔过滤；40年代透析；50年代电渗析；60年代反渗透；70年代超滤和液膜；80年代气体分离；90年代渗透汽化[2]。 在国外，其发展概况为：1953年美国的Reid 提出从海水和苦盐水中获得廉价的淡水的反渗透研究方案，1960年美国的Sourirajan 和Leob 教授研制出新的不对称膜，从此