科普常识丨新型膜分离技术——正渗透技术及应用浅析

发稿时间:2016/10/10 11:54:16 浏览次数:

来源:九天棋牌游戏 编辑: 水世界社区

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有水友在水世界社区论坛发问,寻求帮助,引起了大家讨论。问题是这样的:

想来大家对于反渗透是再熟悉不过了,是目前工业化应用较多的膜处理技术之一,此外还有微滤、超滤、纳滤和电渗析等。由于反渗透在进行水处理时需要依靠高压,且有高含盐量废水产生,近年来,一种浓度驱动的新型膜分离技术——正渗透技术受到关注,成为了膜分离领域的研究热点之一。

何为正渗透?

正渗透又称渗透,是指水或其它溶剂透过天然或人造的半透膜,由低溶质浓度侧传递到高溶质浓度侧的过程,是自然界中广泛存在的一种物理现象。

正渗透是指水从较高水化学势(或较低渗透压)侧区域通过选择透过性膜流向较低水化学势(或较高渗透压)—侧区域的过程。在具有选择透过性膜的两侧分别放置两种具有不同渗透压的溶液,一种为具有较低渗透压的原料液(Feed solution),另一种为具有较高渗透压的驱动溶液(Draw solution),正渗透正是应用了膜两侧溶液的渗透压差作为驱动力,才使得水能自发地从原料液一侧透过选择透过性膜到达驱动液—侧。当对渗透压高的一侧溶液施加一个小于渗透压差(aTr)的外加压力(△P)时,水仍然会从原料液压~侧流向驱动液—侧,这种过程叫做压力阻尼渗透(Pressure-retarded osmosis,PRO)。压力阻尼渗透的驱动力仍然是渗透压,因此它也是一种正渗透过程。

早在1981年Lee 等就概述总结了反渗透(RO)、正渗透(FO)和减压渗透(PRO)过程的工作原理。

正渗透不同于压力驱动膜分离过程,它不需要额外的水力压力作为驱动力,而依靠汲取液与原料液的渗透压差自发实现膜分离。这一过程的实现需要几个必要条件:

(1)可允许水通过而截留其他溶质分子或离子的选择性渗透膜及膜组件;

(2)提供驱动力的汲取液;

(3)对稀释后的汲取液再浓缩途径。

正渗透过程通过具有高渗透压的汲取液,可以透过半渗透膜将水分子自发的由低渗透压的原水侧汲取出来,而且将原水中的其他溶质截留,然后再采用其他工艺将水从被稀释的汲取液中分离出来,最终获得纯净的水,汲取液可以循环利用。驱动水分子由低浓度侧向高浓度侧流动的动力是半渗透膜两侧的渗透压差值,其理论值可以用渗透压公式计算。

相关研究简摘:

正渗透膜通常由活化层和支撑层组成。早期关于正渗透过程研究均采用反渗透复合膜,但发现膜通量普遍较低,主要原因是复合膜材料的多孔支撑层产生了内浓差极化现象,大大降低了渗透过程的效率。20 世纪90 年代,Osmotek 企业(HTI企业前身)开发了一种支撑型高强度正渗透膜,是目前应用较好的正渗透膜。

汲取液是具有高渗透压的溶液体系,由溶质和溶剂(一般是水)组成。文献中报道过的驱动溶质主要有:盐类如NaCl、MgCl2、Al2(SO4)3、NH4HCO3等,糖类如葡萄糖、果糖等,和气体如SO2 等。

目前关于FO的研究主要集中在几个领域:高性能FO膜的制备和性能优化、传质分析、膜表征、膜污染以及汲取液类型的选择和新汲取液的开发。同时,汲取液回收和再生、FO膜与其他类型膜的组合工艺的开发和应用也逐渐成为研究热点。

应用:

正渗透技术在水处理中的应用主要包括两方面即海水、盐水的淡化和污水处理。FO技术应用于海水及盐水淡化的原理是:利用热解性物质或其他易于回收的物质作为汲取液,通过海水和汲取液之间的渗透压差提供驱动力产生纯水,稀释后的汲取液通过加热挥发、投加药剂沉淀等方法实现淡水再生。

FO技术只需要渗透压作为驱动力,膜污染较轻,因此在污水处理中具有很大的应用前景。将FO膜引入膜生物反应器(MBR)中,可以克服传统的微滤、超滤MBR膜污染较严重的问题和需要经常清洗更换的缺点;利用RO对FO过程后被稀释的汲取液进行回收,可以使汲取液得到循环再利用,同时产出高品质的再生水。

此外,其在食品加工、能源、医药等领域也有拓展应用。

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