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正滲透技術簡介
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發布時間:
2017/02/16 11:22
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【摘要】:
膜分離技術由于出水水質高、設備簡單易操作、能耗相對較低、適應性強等特點,在水處理領域獲得越來越多的關注.目前應用于水處理領域的幾種膜分離技術.其中微濾(microfiltration,MF)、超濾(ultrafiltration,UF)、納濾(nanofiltration,NF)和反滲透(reverseosmosis,RO)由機械壓力驅動傳質過程,是水和廢水處理的常規技術.其他膜技術,如溫度差驅動的膜蒸餾技術(membranedistillation,MD),電場驅動的電滲析技術(electro-dialysis,ED),一些由化學反應驅動的膜吸收技術(membraneabsorption,MA)等也成為水處理領域的新型技術.正滲透(forwardosmosis,FO)是一種由滲透壓(濃度差)驅動的新型膜技術.可用于海水脫鹽、廢水處理等方面.
FO膜是一種滲透膜.名義孔徑在1nm以下,用于截留溶解性離子和鹽類等物質,與RO相當.但與RO相比,FO無需外加機械壓力,具有低壓操作、低膜污染、高截留的優點,近年來在水處理領域受到較多關注.
FO原理(BasicprincipleofFO)
FO膜是一種選擇性滲透膜,膜的一側是低滲透壓的待處理水,另一側是高滲透壓的汲取液,水分子透過FO膜從低滲透壓側擴散到高滲透壓側,從而實現水與雜質的分離(圖1).該過程的驅動力是膜兩側溶液的滲透壓差,不需外界提供壓力.
圖1FO工藝的原理示意圖
FO應用與運行效果
海水(濃鹽水)脫鹽
FO已被用于含鹽廢水、含鹽地下水、鹽湖水和海水的脫鹽.大多數為實驗室規模的小試研究,汲取液采用難揮發性(NaCl,Na2SO4,MgSO4等)或揮發性(NH3/CO2和NH4HCO3)鹽溶液.其中Zhao等進行的鹽湖水脫鹽,回收率達到70%.McGinnis等采用中試規模的FO處理高鹽水(TDS>70,000ppm),回收率達到60%,與蒸發濃縮技術相當,出水水質達標(美國賓州地表水排放標準TDS<500mg·L-1,氯化物<250mg·L-1,鋇<10mg·L-1鋇,鍶<10mg·L-1).
城市污水處理
采用實驗室規模FO處理模擬城市徑流,發現FO能保持較高的滲透水通量和截留率,實現穩定運行,微量金屬離子、磷、硝酸鹽和總氮的截留率可分別達到98%~100%、97%~100%、52%~94%和65%~85%,能夠克服傳統膜技術能耗高等缺陷.Linares等也利用FO處理模擬城市污水,進行實驗室規模的研究,多數微量金屬離子的截留率均高于99%,COD和磷的截留率將近99%,氨和總氮的截留率可分別達到67%~68%和56%~59%.FO作為城市污水的一種處理方法,實現其穩定、連續和長期運行是重要目標.
污水深度處理
Cath等利用生活污水處理廠的二級和三級處理單元的出水和被污染的地表水作為待處理水,通過FO技術來制備飲用水,其對有機化合物的截留率較高(雙氯芬酸>99%,二甲苯氧庚酸>80%,萘普生>90%,水楊酸>72%).在放大規模的中試試驗中,FO對氨、硝酸鹽和紫外(UV)吸收類化合物的截留率分別達到74%、78%和85%;Yangali-Quintanilla等也采用二級出水(沙特阿拉伯的吉達魯韋斯污水處理廠)作為待處理水,間接稀釋紅海的海水,能量消耗為1.5kWh·m-3,低于RO工藝的能耗(2.5~4kWh·m-3).
特殊類型廢水
FO還被用于染料廢水、太空廢水、含油廢水、含氯廢水、垃圾滲濾液等特殊類型廢水處理的研究中.
展望
以滲透壓差作為驅動力的FO技術,在水處理領域引起了越來越多學者的關注(表1).研究包括FO膜制備、FO運行、傳質機理、不同類型水和廢水處理中的應用等.在實驗室規模研究基礎上,FO技術在中試、實際應用規模的研究也逐漸開展.但仍然存在一些問題期待解決,如膜污染、汲取液再生、濃差極化、汲取液溶質返混等,使FO技術的廣泛應用受到限制.未來的研究應針對這些問題在深入解析FO傳質機理、膜污染過程、濃差極化過程等基礎上,繼續開發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.不僅進行實驗室研究,還應進行實際應用規模的長期運行研究.隨著科研工作的不斷深入,低能耗、高回收率的FO技術一定能得到更廣泛的應用前景.
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