正渗透是一种
自然现象,但同样也是近年来发展起来的一种浓度驱动的新型膜分离技术,它是依靠选择性渗透膜两侧的渗透压差为
驱动力自发实现水传递的膜分离过程,是世界
膜分离领域研究的热点之一。
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。
相对于压力驱动的膜分离过程如
微滤、
超滤和
反渗透技术,这一技术从过程本质上讲具有许多独特的优点,如低压甚至无压操作,因而能耗较低;对许多污染物几乎完全截留,分离效果好;低膜污染特征;膜过程和设备简单等。在许多领域,特别是在海水淡化、饮用水处理和废水处理中表现出很好的应用前景。
作为一种新型的技术,近年来,以美国、以色列和新加坡为代表的国家投入大量资金进行研究,并且取得了阶段性成果。而国内的研究刚刚起步,还未见相关的应用报道。虽然国内近两年开始有文章介绍这一技术,但是都不够系统或准确。针对以上情况,本文就正渗透膜技术在水处理中的应用进展作以综述。
不同于
反渗透膜技术需要高压和相关膜技术,正渗透技术对于驱动溶液的高效性、低能耗性、可重复利用性十分依赖。
常常在使用过程中将
碳酸氢铵/
氨水混合成驱动溶液,将“低”浓度的海水“吸”过来。而正渗透膜起到一个选择性通过的作用,然后再将被稀释过的溶液适度的加热分解成
氨气和
二氧化碳,剩下的就是干净的水了。如此循环下去从而得到纯度较高的水。这个过程比多级闪蒸节省了85%的能量。