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正渗透技术简介
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发布时间:
2017/02/16 11:22
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【摘要】:
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(reverseosmosis,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(membranedistillation,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(membraneabsorption,MA)等也成为水处理领域的新型技术.正渗透(forwardosmosis,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1nm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.
FO原理(BasicprincipleofFO)
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1FO工艺的原理示意图
FO应用与运行效果
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>70,000ppm),回收率达到60%,与蒸发浓缩技术相当,出水水质达标(美国宾州地表水排放标准TDS<500mg·L-1,氯化物<250mg·L-1,钡<10mg·L-1钡,锶<10mg·L-1).
城市污水处理
采用实验室规模FO处理模拟城市径流,发现FO能保持较高的渗透水通量和截留率,实现稳定运行,微量金属离子、磷、硝酸盐和总氮的截留率可分别达到98%~100%、97%~100%、52%~94%和65%~85%,能够克服传统膜技术能耗高等缺陷.Linares等也利用FO处理模拟城市污水,进行实验室规模的研究,多数微量金属离子的截留率均高于99%,COD和磷的截留率将近99%,氨和总氮的截留率可分别达到67%~68%和56%~59%.FO作为城市污水的一种处理方法,实现其稳定、连续和长期运行是重要目标.
污水深度处理
Cath等利用生活污水处理厂的二级和三级处理单元的出水和被污染的地表水作为待处理水,通过FO技术来制备饮用水,其对有机化合物的截留率较高(双氯芬酸>99%,二甲苯氧庚酸>80%,萘普生>90%,水杨酸>72%).在放大规模的中试试验中,FO对氨、硝酸盐和紫外(UV)吸收类化合物的截留率分别达到74%、78%和85%;Yangali-Quintanilla等也采用二级出水(沙特阿拉伯的吉达鲁韦斯污水处理厂)作为待处理水,间接稀释红海的海水,能量消耗为1.5kWh·m-3,低于RO工艺的能耗(2.5~4kWh·m-3).
特殊类型废水
FO还被用于染料废水、太空废水、含油废水、含氯废水、垃圾渗滤液等特殊类型废水处理的研究中.
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(表1).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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