基于正滲透的水處理組合工藝應(yīng)用研究進(jìn)展

環(huán)保網(wǎng)訊:正滲透FO技術(shù)作為一種新興的膜分離技術(shù)，具有能耗低、截留能力強(qiáng)、膜污染程度小和膜污染易清洗等特點(diǎn)，近年來得到了廣泛的研究。然而，由于正滲透過程中水的傳質(zhì)是順滲透壓差方向進(jìn)行的，水分子通過正滲透膜流入滲透壓更高的汲取液，限制了正滲透技術(shù)作為獨(dú)立的工藝應(yīng)用于水處理。正滲透通常需要與其它工藝聯(lián)用，形成組合工藝。

1基于汲取液再生及利用的組合工藝

1.1正滲透與汲取液再生工藝組合

正滲透-汲取液再生組合工藝由兩部分組成：1）常規(guī)正滲透系統(tǒng)，負(fù)責(zé)回收水資源。該過程中汲取液被稀釋，原水被濃縮；2）汲取液再生系統(tǒng)，汲取液經(jīng)過該系統(tǒng)得以再生，同時(shí)得到產(chǎn)品水。常見的汲取液再生工藝有揮發(fā)性鹽熱回收、無機(jī)鹽復(fù)分解沉淀、膜蒸餾、超濾、納濾、反滲透等工藝。

MCCUCHEON等人和MCGINNIS等人采用受熱易分解的NH4HCO3汲取液形成的正滲透-NH4HCO3熱再生系統(tǒng)的平均水回收率可以達(dá)到64%，正滲透過程能耗僅為0.25kWh/m3，然而，該系統(tǒng)汲取液回收工藝采用的蒸餾法能耗卻高達(dá)到75kWh/m3。

因此在沒有廢熱源的情況下，該組合工藝難以工程應(yīng)用。為解決傳統(tǒng)蒸餾熱回收工藝的高能耗問題，可以采用膜蒸餾（MD）工藝再生汲取液。有研究以Na+官能化碳量子點(diǎn)（Na-CQDs）作為汲取液進(jìn)行正滲透海水淡化，并采用MD工藝在45℃的溫度下進(jìn)行汲取液回收。

ALNAIZY等人將FO與化學(xué)沉淀工藝組合，該工藝以CuSO4為汲取液回收油田廢水中的水資源，在稀釋后的CuSO4汲取液中加入氫氧化鋇進(jìn)行沉淀，隨后取上清液加硫酸再生CuSO4，而BaSO4沉淀可以作為采油井中的增稠劑進(jìn)一步利用。

當(dāng)前，許多新型的汲取液及其回收技術(shù)得到了發(fā)展和應(yīng)用，如磁性納米顆粒（MNP）、刺激響應(yīng)型高分子水凝膠、可切換極性溶劑等。LING等人的研究發(fā)現(xiàn)高水溶性磁性納米顆粒作為汲取液可產(chǎn)生較高滲透壓，并且磁性納米顆?？赏ㄟ^磁場(chǎng)作用再生。

而LI等人合成的刺激響應(yīng)型高分子水凝膠可以在光、熱等環(huán)境刺激下產(chǎn)生可逆的體積變化或?qū)崿F(xiàn)溶液-凝膠之間的相變轉(zhuǎn)換，通過環(huán)境條件的變化即可完成汲取液的再生，且水凝膠吸水產(chǎn)生的溶脹壓力又可以作為正滲透驅(qū)動(dòng)力。

此外，常規(guī)膜分離技術(shù)也是汲取液回收的有效方法，常見的組合工藝有正滲透-超濾工藝（FO-UF），正滲透-納濾工藝（FO-NF），正滲透-反滲透工藝（FO-RO）等。

正滲透-汲取液再生組合工藝使正滲透系統(tǒng)得以循環(huán)運(yùn)行，這類工藝能否實(shí)現(xiàn)商業(yè)化還要深入探討。從能量角度上看，若要實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，正滲透系統(tǒng)節(jié)省的能量需彌補(bǔ)汲取液再生系統(tǒng)消耗的能量；從投資和成本控制的角度上看，這類組合工藝相較傳統(tǒng)工藝投資較高，這需要環(huán)境效益和較低的運(yùn)行費(fèi)用來平衡。

1.2正滲透與汲取液利用工藝組合

在大多數(shù)正滲透工藝的應(yīng)用中，正滲透難以單獨(dú)達(dá)到工藝需求，需要組合其他的分離工藝或者后處理工藝，這不但提高了組合工藝的能耗，也增加了建造投資。而如果汲取液可以直接有效利用，則可節(jié)省汲取液再生工藝的能耗。

正滲透與汲取液利用工藝組合時(shí)，低濃度的原水經(jīng)過正滲透系統(tǒng)后得到濃縮，高濃度的汲取液得以稀釋，稀釋后的汲取液進(jìn)入汲取液利用系統(tǒng)。這類工藝典型的應(yīng)用有化肥驅(qū)動(dòng)正滲透工藝（FDFO）、葡萄糖溶液驅(qū)動(dòng)正滲透工藝、聚合電解質(zhì)驅(qū)動(dòng)工藝、表面活性劑驅(qū)動(dòng)正滲透工藝、正滲透應(yīng)急水袋等。

化肥驅(qū)動(dòng)正滲透工藝（FDFO）以高濃度化肥溶液為汲取液，回收海水或污染水源中的水，這個(gè)過程中化肥溶液得以稀釋，原水中污染物被正滲透膜截留，稀釋后的化肥溶液可以進(jìn)行直接農(nóng)業(yè)利用。研究表明，1kg商業(yè)化肥作為汲取液可以從海水中提取11～29L淡水。可將該工藝?yán)糜诘Y源緊缺或淡水資源遭到嚴(yán)重污染地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

葡萄糖配制的汲取液可以通過正滲透系統(tǒng)利用受污染的水源，經(jīng)過稀釋獲得的葡萄糖溶液可以資源化利用。但是葡萄糖溶液滲透壓低，正滲透通量小，因此有研究采用糖和鹽作為混合汲取液，從污染水源中汲取潔凈水。葡萄糖汲取液加入無機(jī)鹽后，滲透壓明顯提高，稀釋后的混合汲取液可以作為應(yīng)急能量飲料。

汲取液直接利用的技術(shù)還可應(yīng)用于救災(zāi)、軍事演習(xí)和航天任務(wù)中，如HTI公司開發(fā)了正滲透應(yīng)急水袋X-Pack。在飲用水緊缺時(shí)，合理配比的糖和電解質(zhì)濃漿作為汲取液可以從污染水源中汲取潔凈的水，此過程中原水微生物、有機(jī)物和其它雜質(zhì)被正滲透膜高效截留，且稀釋后的汲取液可以作為能量飲品。

聚丙烯酰胺溶液驅(qū)動(dòng)的正滲透組合工藝也是一種有前景的應(yīng)用。陰離子型聚丙烯酰胺（HPAM）是聚驅(qū)采油中常用的驅(qū)油劑，可以將其作為正滲透工藝的汲取液從采油廢水汲取潔凈的水資源，且稀釋后的HPAM汲取液可以作為聚驅(qū)采油的驅(qū)油劑資源化利用。

將正滲透技術(shù)與汲取液利用工藝進(jìn)行組合，能夠降低汲取液回收工藝的能耗，簡(jiǎn)化工藝流程。然而，這類組合工藝除了對(duì)汲取液的正滲透性能有要求外，還需考慮汲取液功能化利用的性能。

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