反滲透技術(shù)一直都是超純水行業(yè)發(fā)展的重要技術(shù)，超純水機(jī)采用RO反滲透膜才有效的將水與水中大部分的雜質(zhì)去除干凈，這種隔絕辦法有一個(gè)弊端，必須要有足夠的壓強(qiáng)才行，那么就需要使用增壓泵。增壓泵的使用需要有足夠的電力作為支撐，而且RO反滲透膜對(duì)水的浪費(fèi)也是極大的，這兩者綜合在一起就成為了大量的資源浪費(fèi)，在環(huán)保先行的理念下，“正滲透”技術(shù)成為了全球水處理行業(yè)發(fā)展必須攻破的技術(shù)。

　　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。回用水從最初的簡(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；從最初的部分回用，發(fā)展到最終零排放。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)作為目前最為經(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

　　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)稱反滲透復(fù)合膜來(lái)研究正滲透過(guò)程，發(fā)現(xiàn)該類膜不適用于正滲透，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)中最好的。

　　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。

　　汲取驅(qū)動(dòng)溶液是正滲透過(guò)程順利進(jìn)行的關(guān)鍵組成部分，其高滲透壓是由驅(qū)動(dòng)液中的溶質(zhì)產(chǎn)生的。理想的驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)應(yīng)該具備以下特征：(1)在水中應(yīng)具有較高的溶解度、較小的相對(duì)分子質(zhì)量，從而能產(chǎn)生較高的滲透壓驅(qū)動(dòng)力；(2)無(wú)毒，在滲透過(guò)程環(huán)境條件下，在水中的物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；(3)與正滲透膜化學(xué)相容，不與膜發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不改變膜材料的性能和結(jié)構(gòu)；(4)能夠通過(guò)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的方法與水分離，能夠重復(fù)使用。

　　三、正滲透技術(shù)優(yōu)勢(shì)

　　相對(duì)于壓力驅(qū)動(dòng)的膜分離過(guò)程如微濾、超濾和反滲透，正滲透從過(guò)程本質(zhì)上講具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：(1)可低壓甚至無(wú)壓操作，因而能耗較低；(2)對(duì)許多污染物幾乎可完全截留，分離效果好，膜抗污染能力強(qiáng)；(3)正滲透采用特殊的溶質(zhì)配制汲取驅(qū)動(dòng)液，可以人為控制配制高濃度的汲取液，從而得到更高的滲透驅(qū)動(dòng)壓力，達(dá)到更高的水回收率；(4)正滲透過(guò)程是一個(gè)自然發(fā)生的過(guò)程，膜污堵也是一個(gè)自然衰減的過(guò)程，在運(yùn)行上能夠更好地控制和觀察膜的污堵，對(duì)比反滲透工藝，可以大大降低對(duì)于進(jìn)水水質(zhì)的要求，從而能夠處理一些反滲透無(wú)法處理的高污染類廢水，或者大大減少預(yù)處理工藝，做到工藝的集成整合。

　　另外，正滲透技術(shù)可應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，不僅僅局限于水處理方面，也可應(yīng)用于電力、醫(yī)藥等行業(yè)。

　　四、正滲透技術(shù)應(yīng)用前景

　　1、水處理領(lǐng)域

　　(1)工業(yè)水處理

　　在全球水資源緊張的情況下，可以將正滲透膜應(yīng)用于污水處理并生產(chǎn)高品質(zhì)的供水用于工業(yè)用水。在處理高濃度污水時(shí)，可考慮聯(lián)合使用正滲透膜及反滲透膜。首先利用正滲透膜將含有復(fù)雜污染物的高污染廢水轉(zhuǎn)移至單一溶質(zhì)的汲取驅(qū)動(dòng)液中，再利用反滲透對(duì)汲取驅(qū)動(dòng)液中的水進(jìn)行提取，克服了反滲透耐污能力差的缺點(diǎn)。該技術(shù)可以處理原本無(wú)法直接使用反滲透進(jìn)行處理或者需要復(fù)雜的預(yù)處理后才能進(jìn)入反滲透系統(tǒng)處理的污水。

　　正滲透技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用市場(chǎng)需求潛力巨大，尤其是在反滲透系統(tǒng)產(chǎn)生的濃水處理方面。因?yàn)榉礉B透產(chǎn)生的濃水，不僅TDS被濃縮3——4倍，COD、NH4+-N、TN等有機(jī)污染物同樣被高倍數(shù)濃縮，反滲透系統(tǒng)已無(wú)法進(jìn)一步處理該濃水，而正滲透技術(shù)恰恰可以滿足這一技術(shù)要求。

　　(2)海水淡化

　　早期利用正滲透技術(shù)進(jìn)行海水淡化的研究很多，但大多數(shù)都不成熟，主要瓶頸在于無(wú)法找到合適的汲取驅(qū)動(dòng)液。目前，美國(guó)耶魯大學(xué)開(kāi)發(fā)出一種新型混合銨鹽溶液作為正滲透汲取液，這種汲取液可以在40℃條件下與水分離，大大降低了能耗，從而使正滲透的海水淡化真正實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)可行性。據(jù)報(bào)道，如果應(yīng)用此類汲取液，正滲透應(yīng)用在海水淡化領(lǐng)域的能耗僅為反滲透的1/10。由于正滲透還具備高回收率和低污染的優(yōu)點(diǎn)，在未來(lái)海水淡化領(lǐng)域，正滲透技術(shù)很可能得到大規(guī)模應(yīng)用。

　　(3)廢水零排放

　　在廢水零排放項(xiàng)目中，蒸發(fā)系統(tǒng)的噸水投資和運(yùn)行成本巨大。如果在零排放項(xiàng)目中可以降低進(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)的水量，將大幅度降低成本。

　　正滲透技術(shù)在液體零排放領(lǐng)域的應(yīng)用前景顯而易見(jiàn)，其可以將反滲透濃水再次濃縮或直接高倍數(shù)濃縮污水，打破現(xiàn)有技術(shù)對(duì)于有機(jī)污染物及鹽分的耐受瓶頸，大幅度降低進(jìn)入蒸發(fā)器的水量。目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)在煤化工、汽車等行業(yè)逐漸推行零排放，尤其是在資源型缺水地區(qū)和兩湖流域。未來(lái)對(duì)于零排放的推行必然逐步加大，這將成為正滲透技術(shù)的另一片發(fā)展之地。

　　2、其他領(lǐng)域

　　除水處理領(lǐng)域外，正滲透技術(shù)在食品濃縮、醫(yī)藥、發(fā)電等領(lǐng)域也有著很好的應(yīng)用前景。

　　食品工業(yè)中通常需要去除液體中的水分來(lái)增強(qiáng)食品穩(wěn)定性，從而延長(zhǎng)食品的保存期限，同時(shí)降低食品運(yùn)輸和儲(chǔ)存成本。正滲透技術(shù)可以在低溫低壓條件下操作，能很好地保持食品的物理性質(zhì)，再加上其低能耗、低污染的特點(diǎn)，已逐漸在食品濃縮領(lǐng)域得到推廣，并有望代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝。

　　在醫(yī)藥方面，基于滲透原理，利用正滲透膜孔徑一般為納米或更小等級(jí)這一特點(diǎn)，可以通過(guò)控制膜孔大小來(lái)改變藥物滲透速度，延長(zhǎng)藥物釋放時(shí)間，從而定點(diǎn)、定量地將藥物傳輸?shù)襟w內(nèi)。

　　壓力阻尼滲透(PRO)可以利用液體間的滲透壓差產(chǎn)生電能，PRO發(fā)電站具有占地面積小，對(duì)環(huán)境影響小，電力輸出穩(wěn)定，成本低等眾多優(yōu)點(diǎn)。