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【中國(guó)環(huán)保在線 污水處理】正滲透技術(shù)近年來(lái)發(fā)展迅猛，填補(bǔ)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(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。
正滲透技術(shù)四大優(yōu)勢(shì)凸顯 應(yīng)用市場(chǎng)前景廣闊
正滲透技術(shù)是近年來(lái)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(lǐng)域，是一項(xiàng)有廣闊發(fā)展空間的水處理技術(shù)。目前對(duì)該技術(shù)的研究重點(diǎn)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(lái)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(shì)，并對(duì)正滲透的未來(lái)應(yīng)用做了展望。
隨著日益增強(qiáng)的環(huán)境保護(hù)意識(shí)，人們對(duì)資源的節(jié)約利用越來(lái)越重視，水作為一項(xiàng)人類(lèi)生產(chǎn)生活必需的有限資源，得到了越來(lái)越多的關(guān)注。
從單純的節(jié)約用水，發(fā)展到現(xiàn)在對(duì)水的多次重復(fù)利用，回用水的概念在國(guó)內(nèi)不再陌生，對(duì)水的回用率和回用水水質(zhì)也有了嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)及要求。回用水從初的簡(jiǎn)單利用，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(biāo)準(zhǔn)及回用率的提高，對(duì)回用水的處理工藝提出了更高的要求。
對(duì)于有高水質(zhì)要求的回用水，幾乎都會(huì)用到膜處理工藝。反滲透技術(shù)作為目前為經(jīng)濟(jì)有效的脫鹽技術(shù)，已得到廣泛認(rèn)可。但隨著對(duì)回用水水質(zhì)和回收率標(biāo)準(zhǔn)的提高，反滲透技術(shù)的不足也顯現(xiàn)出來(lái)，如較差的抗污染能力、濃縮結(jié)垢等問(wèn)題已成為該技術(shù)發(fā)展的一個(gè)瓶頸。正是由于反滲透技術(shù)存在的不足，促進(jìn)了正滲透技術(shù)的發(fā)展。
一、正滲透原理
對(duì)于正滲透技術(shù)的原理并不陌生，在研究反滲透技術(shù)時(shí)，就是先從滲透原理開(kāi)始的，這種自然滲透現(xiàn)象其實(shí)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(xué)位(或較低滲透壓)一側(cè)區(qū)域通過(guò)選擇透過(guò)性膜流向較低水化學(xué)位(或較高滲透壓)一側(cè)區(qū)域的過(guò)程。正滲透正是應(yīng)用了膜兩側(cè)溶液的滲透壓差作為驅(qū)動(dòng)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(guò)選擇透過(guò)性膜到達(dá)驅(qū)動(dòng)液(具有較高滲透壓)一側(cè)。當(dāng)對(duì)滲透壓高的一側(cè)溶液施加一個(gè)小于滲透壓差的外加壓力時(shí)，水仍然會(huì)從原料液一側(cè)流向驅(qū)動(dòng)液一側(cè)，此過(guò)程叫做壓力阻尼滲透。壓力阻尼滲透的驅(qū)動(dòng)力仍然是滲透壓，因此它也是一種正滲透過(guò)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(gè)大問(wèn)題：一是要使水以高通量通過(guò)半透膜，并保證膜的使用壽命以及長(zhǎng)時(shí)間的抗污染能力；二是能將汲取驅(qū)動(dòng)液的溶質(zhì)從溶液中分離出來(lái)。這也即是正滲透的2個(gè)核心技術(shù)問(wèn)題：一個(gè)是正滲透膜材質(zhì)及結(jié)構(gòu)的選擇；另一個(gè)是汲取驅(qū)動(dòng)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(duì)稱(chēng)反滲透復(fù)合膜來(lái)研究正滲透過(guò)程，發(fā)現(xiàn)該類(lèi)膜不適用于正滲透，主要原因是復(fù)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(guò)程的效率。因此，對(duì)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(wèn)題。此外，還要保證膜的物理強(qiáng)度和耐化學(xué)性能。
目前好的商業(yè)化正滲透膜材料是美國(guó)HTI公司的支撐型高強(qiáng)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(bào)道，該材料是由醋酸纖維素類(lèi)高分子材料制備而成，結(jié)構(gòu)中增加圓形纖維用以增強(qiáng)材料的力學(xué)強(qiáng)度。
此外，以挪威Statkraft公司為核心的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了與反滲透膜材料類(lèi)似的復(fù)合正滲透膜材料，用于PRO過(guò)程，其利用淡水和海水混合自由能獲得能源。研究團(tuán)隊(duì)的另一個(gè)小組使用強(qiáng)度較高的聚醚酰亞胺中空纖維膜作為支撐層，通過(guò)界面聚合成膜，制成中空纖維式復(fù)合正滲透膜。與反滲透膜材料相比，復(fù)合正滲透膜支撐層具有較高的開(kāi)孔率，能夠有效降低內(nèi)濃差極化。
新加坡國(guó)立大學(xué)開(kāi)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(duì)二價(jià)陽(yáng)離子有較高的截留率，已在實(shí)驗(yàn)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(kāi)孔，水透過(guò)性能是目前所報(bào)道數(shù)據(jù)中好的。
除了內(nèi)濃差極化問(wèn)題，還需要解決另外一個(gè)重要的問(wèn)題，即正滲透膜的化學(xué)耐受性，主要是對(duì)于酸堿的耐受及氧化劑的耐受。由于正滲透的目標(biāo)應(yīng)用領(lǐng)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(lèi)物質(zhì)，因此要求膜有很好的化學(xué)耐受性。同時(shí)，由于來(lái)水的污染程度高，清洗頻率更高，為了清除大量復(fù)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(zhǎng)膜的使用壽命，在膜的化學(xué)性能耐受方面必須進(jìn)行改進(jìn)。
膜的化學(xué)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(gè)是膜的黏結(jié)劑、膠水的性能。目前的有機(jī)膜材質(zhì)普遍耐氧化性能差，醋酸纖維類(lèi)材質(zhì)略好，但基本無(wú)法滿足使用氧化劑進(jìn)行清洗，僅是提高了運(yùn)行穩(wěn)定性。隨著材料科技的發(fā)展，新的膜材料的應(yīng)用可能會(huì)徹底解決這類(lèi)問(wèn)題。
綜合起來(lái)，作為正滲透膜應(yīng)具備以下幾個(gè)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(jī)械強(qiáng)度；(5)具有耐酸堿的抗化學(xué)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(yùn)行。
