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【中國環(huán)保在線 污水處理】正滲透技術(shù)近年來發(fā)展迅猛，填補了工業(yè)污水處理“零排放”的空白。作為一種低能耗、綠色的解決方案，正滲透技術(shù)在工業(yè)水處理、海水淡化、廢水零排放領域應用前景廣闊。
正滲透技術(shù)四大優(yōu)勢凸顯 應用市場前景廣闊
正滲透技術(shù)是近年來新興的水處理技術(shù)，其研發(fā)初始即指向各種高難度廢水的處理回用及物料分離領域，是一項有廣闊發(fā)展空間的水處理技術(shù)。目前對該技術(shù)的研究重點集中在膜材料和汲取液的選擇上。從正滲透的原理出發(fā)，介紹了正滲透膜材質(zhì)及汲取液的前沿科技成果，分析了未來正滲透膜材質(zhì)和汲取液選擇的方向。后，總結(jié)了正滲透技術(shù)的優(yōu)勢，并對正滲透的未來應用做了展望。
隨著日益增強的環(huán)境保護意識，人們對資源的節(jié)約利用越來越重視，水作為一項人類生產(chǎn)生活必需的有限資源，得到了越來越多的關注。
從單純的節(jié)約用水，發(fā)展到現(xiàn)在對水的多次重復利用，回用水的概念在國內(nèi)不再陌生，對水的回用率和回用水水質(zhì)也有了嚴格的標準及要求?；赜盟畯某醯暮唵卫?，如用于沖廁、沖洗道路，發(fā)展到現(xiàn)在可作為工藝用水；從初的部分回用，發(fā)展到終零排放。隨著回用水水質(zhì)標準及回用率的提高，對回用水的處理工藝提出了更高的要求。
對于有高水質(zhì)要求的回用水，幾乎都會用到膜處理工藝。反滲透技術(shù)作為目前為經(jīng)濟有效的脫鹽技術(shù)，已得到廣泛認可。但隨著對回用水水質(zhì)和回收率標準的提高，反滲透技術(shù)的不足也顯現(xiàn)出來，如較差的抗污染能力、濃縮結(jié)垢等問題已成為該技術(shù)發(fā)展的一個瓶頸。正是由于反滲透技術(shù)存在的不足，促進了正滲透技術(shù)的發(fā)展。
一、正滲透原理
對于正滲透技術(shù)的原理并不陌生，在研究反滲透技術(shù)時，就是先從滲透原理開始的，這種自然滲透現(xiàn)象其實就是目前正滲透技術(shù)所依據(jù)的原理。
正滲透即是自然滲透，是指水從較高水化學位(或較低滲透壓)一側(cè)區(qū)域通過選擇透過性膜流向較低水化學位(或較高滲透壓)一側(cè)區(qū)域的過程。正滲透正是應用了膜兩側(cè)溶液的滲透壓差作為驅(qū)動力，才使得水能自發(fā)地從原料液(具有較低滲透壓)一側(cè)透過選擇透過性膜到達驅(qū)動液(具有較高滲透壓)一側(cè)。當對滲透壓高的一側(cè)溶液施加一個小于滲透壓差的外加壓力時，水仍然會從原料液一側(cè)流向驅(qū)動液一側(cè)，此過程叫做壓力阻尼滲透。壓力阻尼滲透的驅(qū)動力仍然是滲透壓，因此它也是一種正滲透過程。
二、正滲透核心技術(shù)
正滲透如果作為商用的凈水技術(shù)，需解決2個大問題：一是要使水以高通量通過半透膜，并保證膜的使用壽命以及長時間的抗污染能力；二是能將汲取驅(qū)動液的溶質(zhì)從溶液中分離出來。這也即是正滲透的2個核心技術(shù)問題：一個是正滲透膜材質(zhì)及結(jié)構(gòu)的選擇；另一個是汲取驅(qū)動溶液的選擇。
1、正滲透膜的材質(zhì)及結(jié)構(gòu)
在正滲透技術(shù)中，半透膜材料是核心材料。早期研究人員使用非對稱反滲透復合膜來研究正滲透過程，發(fā)現(xiàn)該類膜不適用于正滲透，主要原因是復合膜的多孔支撐層內(nèi)產(chǎn)生了內(nèi)濃差極化現(xiàn)象，大大降低了滲透過程的效率。因此，對于正滲透膜材料的研究集中在尋找滲透效率高的膜材質(zhì)上，以減輕內(nèi)濃差極化，解決膜通量、污染物截留率的問題。此外，還要保證膜的物理強度和耐化學性能。
目前好的商業(yè)化正滲透膜材料是美國HTI公司的支撐型高強度膜，該膜為3層結(jié)構(gòu)：致密皮層、多孔支撐層和網(wǎng)格支撐層。致密皮層和多孔支撐層為親水性，呈電中性，厚度約為50μm。據(jù)報道，該材料是由醋酸纖維素類高分子材料制備而成，結(jié)構(gòu)中增加圓形纖維用以增強材料的力學強度。
此外，以挪威Statkraft公司為核心的研究團隊開發(fā)了與反滲透膜材料類似的復合正滲透膜材料，用于PRO過程，其利用淡水和海水混合自由能獲得能源。研究團隊的另一個小組使用強度較高的聚醚酰亞胺中空纖維膜作為支撐層，通過界面聚合成膜，制成中空纖維式復合正滲透膜。與反滲透膜材料相比，復合正滲透膜支撐層具有較高的開孔率，能夠有效降低內(nèi)濃差極化。
新加坡國立大學開發(fā)了聚苯并咪唑(polybenz-iazole，PBI)中空纖維納濾膜材料，膜表面帶正電荷，對二價陽離子有較高的截留率，已在實驗室中證明具有較好的正滲透性能。該膜材料外皮層結(jié)構(gòu)較為致密，內(nèi)表面開孔，水透過性能是目前所報道數(shù)據(jù)中好的。
除了內(nèi)濃差極化問題，還需要解決另外一個重要的問題，即正滲透膜的化學耐受性，主要是對于酸堿的耐受及氧化劑的耐受。由于正滲透的目標應用領域多為污染程度較高的污廢水，水本身的pH范圍寬，可能存在大量氧化類物質(zhì)，因此要求膜有很好的化學耐受性。同時，由于來水的污染程度高，清洗頻率更高，為了清除大量復雜的膜表面污染，使用更高濃度的酸堿或氧化劑在所難免。因此，為了延長膜的使用壽命，在膜的化學性能耐受方面必須進行改進。
膜的化學耐受性能主要受到兩方面因素的制約：一是膜材質(zhì)本身的性能；另外一個是膜的黏結(jié)劑、膠水的性能。目前的有機膜材質(zhì)普遍耐氧化性能差，醋酸纖維類材質(zhì)略好，但基本無法滿足使用氧化劑進行清洗，僅是提高了運行穩(wěn)定性。隨著材料科技的發(fā)展，新的膜材料的應用可能會徹底解決這類問題。
綜合起來，作為正滲透膜應具備以下幾個特征：(1)致密、低孔隙率的皮層，具有高截留率；(2)膜的皮層具有較好的親水性、較高的水通量；(3)膜支撐層盡量薄，孔隙率高；(4)有較高的機械強度；(5)具有耐酸堿的抗化學腐蝕能力，可以在較寬的pH范圍以及各種不同組成的溶液條件下正常運行。
