正滲透FO技術(shù)作為一種新興的膜分離技術(shù)，具有能耗低、截留能力強(qiáng)、膜污染程度小和膜污染易清洗等特點(diǎn)，近年來得到了廣泛的研究。然而，由于正滲透過程中水的傳質(zhì)是順滲透壓差方向進(jìn)行的，水分子通過正滲透膜流入滲透壓更高的汲取液，限制了正滲透技術(shù)作為獨(dú)立的工藝應(yīng)用于水處理。正滲透通常需要與其它工藝聯(lián)用，形成組合工藝。

1基于汲取液再生及利用的組合工藝

1.1正滲透與汲取液再生工藝組合

正滲透-汲取液再生組合工藝由兩部分組成：1）常規(guī)正滲透系統(tǒng)，負(fù)責(zé)回收水資源。該過程中汲取液被稀釋，原水被濃縮；2）汲取液再生系統(tǒng)，汲取液經(jīng)過該系統(tǒng)得以再生，同時(shí)得到產(chǎn)品水。常見的汲取液再生工藝有揮發(fā)性鹽熱回收、無機(jī)鹽復(fù)分解沉淀、膜蒸餾、超濾、納濾、反滲透等工藝。

MCCUCHEON等人和MCGINNIS等人采用受熱易分解的NH4HCO3汲取液形成的正滲透-NH4HCO3熱再生系統(tǒng)的平均水回收率可以達(dá)到64%，正滲透過程能耗僅為0.25kWh/m3，然而，該系統(tǒng)汲取液回收工藝采用的蒸餾法能耗卻高達(dá)到75kWh/m3。

因此在沒有廢熱源的情況下，該組合工藝難以工程應(yīng)用。為解決傳統(tǒng)蒸餾熱回收工藝的高能耗問題，可以采用膜蒸餾（MD）工藝再生汲取液。有研究以Na+官能化碳量子點(diǎn)（Na-CQDs）作為汲取液進(jìn)行正滲透海水淡化，并采用MD工藝在45℃的溫度下進(jìn)行汲取液回收。

ALNAIZY等人將FO與化學(xué)沉淀工藝組合，該工藝以CuSO4為汲取液回收油田廢水中的水資源，在稀釋后的CuSO4汲取液中加入氫氧化鋇進(jìn)行沉淀，隨后取上清液加硫酸再生CuSO4，而BaSO4沉淀可以作為采油井中的增稠劑進(jìn)一步利用。

當(dāng)前，許多新型的汲取液及其回收技術(shù)得到了發(fā)展和應(yīng)用，如磁性納米顆粒（MNP）、刺激響應(yīng)型高分子水凝膠、可切換極性溶劑等。LING等人的研究發(fā)現(xiàn)高水溶性磁性納米顆粒作為汲取液可產(chǎn)生較高滲透壓，并且磁性納米顆?？赏ㄟ^磁場(chǎng)作用再生。

而LI等人合成的刺激響應(yīng)型高分子水凝膠可以在光、熱等環(huán)境刺激下產(chǎn)生可逆的體積變化或?qū)崿F(xiàn)溶液-凝膠之間的相變轉(zhuǎn)換，通過環(huán)境條件的變化即可完成汲取液的再生，且水凝膠吸水產(chǎn)生的溶脹壓力又可以作為正滲透驅(qū)動(dòng)力。

此外，常規(guī)膜分離技術(shù)也是汲取液回收的有效方法，常見的組合工藝有正滲透-超濾工藝（FO-UF），正滲透-納濾工藝（FO-NF），正滲透-反滲透工藝（FO-RO）等。

正滲透-汲取液再生組合工藝使正滲透系統(tǒng)得以循環(huán)運(yùn)行，這類工藝能否實(shí)現(xiàn)商業(yè)化還要深入探討。從能量角度上看，若要實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，正滲透系統(tǒng)節(jié)省的能量需彌補(bǔ)汲取液再生系統(tǒng)消耗的能量；從投資和成本控制的角度上看，這類組合工藝相較傳統(tǒng)工藝投資較高，這需要環(huán)境效益和較低的運(yùn)行費(fèi)用來平衡。

1.2正滲透與汲取液利用工藝組合

在大多數(shù)正滲透工藝的應(yīng)用中，正滲透難以單獨(dú)達(dá)到工藝需求，需要組合其他的分離工藝或者后處理工藝，這不但提高了組合工藝的能耗，也增加了建造投資。而如果汲取液可以直接有效利用，則可節(jié)省汲取液再生工藝的能耗。

正滲透與汲取液利用工藝組合時(shí)，低濃度的原水經(jīng)過正滲透系統(tǒng)后得到濃縮，高濃度的汲取液得以稀釋，稀釋后的汲取液進(jìn)入汲取液利用系統(tǒng)。這類工藝典型的應(yīng)用有化肥驅(qū)動(dòng)正滲透工藝（FDFO）、葡萄糖溶液驅(qū)動(dòng)正滲透工藝、聚合電解質(zhì)驅(qū)動(dòng)工藝、表面活性劑驅(qū)動(dòng)正滲透工藝、正滲透應(yīng)急水袋等。

化肥驅(qū)動(dòng)正滲透工藝（FDFO）以高濃度化肥溶液為汲取液，回收海水或污染水源中的水，這個(gè)過程中化肥溶液得以稀釋，原水中污染物被正滲透膜截留，稀釋后的化肥溶液可以進(jìn)行直接農(nóng)業(yè)利用。研究表明，1kg商業(yè)化肥作為汲取液可以從海水中提取11～29L淡水?？蓪⒃摴に?yán)糜诘Y源緊缺或淡水資源遭到嚴(yán)重污染地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

葡萄糖配制的汲取液可以通過正滲透系統(tǒng)利用受污染的水源，經(jīng)過稀釋獲得的葡萄糖溶液可以資源化利用。但是葡萄糖溶液滲透壓低，正滲透通量小，因此有研究采用糖和鹽作為混合汲取液，從污染水源中汲取潔凈水。葡萄糖汲取液加入無機(jī)鹽后，滲透壓明顯提高，稀釋后的混合汲取液可以作為應(yīng)急能量飲料。

汲取液直接利用的技術(shù)還可應(yīng)用于救災(zāi)、軍事演習(xí)和航天任務(wù)中，如HTI公司開發(fā)了正滲透應(yīng)急水袋X-Pack。在飲用水緊缺時(shí)，合理配比的糖和電解質(zhì)濃漿作為汲取液可以從污染水源中汲取潔凈的水，此過程中原水微生物、有機(jī)物和其它雜質(zhì)被正滲透膜高效截留，且稀釋后的汲取液可以作為能量飲品。

聚丙烯酰胺溶液驅(qū)動(dòng)的正滲透組合工藝也是一種有前景的應(yīng)用。陰離子型聚丙烯酰胺（HPAM）是聚驅(qū)采油中常用的驅(qū)油劑，可以將其作為正滲透工藝的汲取液從采油廢水汲取潔凈的水資源，且稀釋后的HPAM汲取液可以作為聚驅(qū)采油的驅(qū)油劑資源化利用。

將正滲透技術(shù)與汲取液利用工藝進(jìn)行組合，能夠降低汲取液回收工藝的能耗，簡(jiǎn)化工藝流程。然而，這類組合工藝除了對(duì)汲取液的正滲透性能有要求外，還需考慮汲取液功能化利用的性能。

2正滲透作為深度處理工藝的預(yù)處理工藝

正滲透工藝可以作為深度處理工藝的預(yù)處理工藝。該過程利用正滲透-反滲透（FO-RO）組合工藝回收葡萄糖溶液中的水分，將葡萄糖溶液作為汲取液從污染水源中汲取潔凈的水，并將稀釋的葡萄糖溶液進(jìn)入RO工藝分離。相對(duì)于單獨(dú)的RO工藝，F(xiàn)O-RO工藝膜污染情況較輕。

從產(chǎn)品水的水質(zhì)角度分析，相比獨(dú)立的RO工藝，組合工藝中FO過程截留了大部分污染物，因此組合工藝能獲得更高脫鹽率及水回收率，可以有效地作為RO工藝的預(yù)處理。此外，單獨(dú)的RO工藝的截留能力是有限的，對(duì)痕量有機(jī)物（TrOC）如硼的截留效果一般。

有文章研究了FO-RO組合工藝對(duì)TrOC的截留性能，由于2種膜工藝提供的雙重屏障，組合工藝對(duì)TrOC截留率可以超過99%。有研究對(duì)比了FO工藝和RO工藝對(duì)雙酚A、三氯生和雙氯芬酸的截留能力，結(jié)果表明FO工藝均具有更高的截留率，因此，F(xiàn)O-RO組合工藝對(duì)TrOC的去除能力大幅高于單獨(dú)的RO工藝。

有研究表明，F(xiàn)O工藝比RO工藝對(duì)硼的截留能力更強(qiáng)，這主要是由于FO工藝中的反向鹽通量可能降低硼的通量。將FO-RO組合工藝與兩級(jí)RO工藝的除硼能力進(jìn)行對(duì)比，研究表明FO-RO工藝性能更好。FO工藝作為RO工藝的預(yù)處理工藝，能夠有效避免高污染傾向的RO膜與成分復(fù)雜的原水直接接觸，這既保證了RO出水的水質(zhì)，又減輕了RO過程中的膜污染和結(jié)垢。

多級(jí)閃蒸（MSF）和多效蒸餾（MED）是常用的脫鹽技術(shù)，其原水通常具有高鹽度，高溫和高雜質(zhì)等特征，工藝運(yùn)行時(shí)存在比較嚴(yán)重的結(jié)垢現(xiàn)象，結(jié)垢物的沉積和積累降低了熱交換器傳熱效率，進(jìn)而降低了運(yùn)行溫度和整個(gè)系統(tǒng)的水回收率。

在該應(yīng)用場(chǎng)景下，F(xiàn)O工藝是理想的預(yù)處理技術(shù)，用于去除原水中的溶解性有機(jī)物和無機(jī)物。ALTAEE等人對(duì)FO-MSF組合工藝和FO-MED組合工藝用于海水淡化的研究表明，F(xiàn)O預(yù)處理工藝顯著降低了原水中多價(jià)離子的濃度，從而減少了熱交換器上的結(jié)垢效應(yīng)，使熱工藝能夠達(dá)到更高的溫度和更高的水回收率。

3正滲透組合工藝對(duì)傳統(tǒng)膜技術(shù)的替代潛能

正滲透組合工藝可以作為傳統(tǒng)膜技術(shù)的替代技術(shù)。其中，正滲透膜生物反應(yīng)器（OsMBR）是一種新型的正滲透技術(shù)應(yīng)用工藝，在水處理中有很大的應(yīng)用前景。OsMBR將FO工藝與活性污泥工藝相結(jié)合，該工藝用FO膜代替了MBR中的超濾膜或微濾膜。

OsMBR與傳統(tǒng)MBR相比，具有以下優(yōu)勢(shì)：1）由于OsMBR在低壓或沒有外壓條件下工作，能大幅度降低工藝能耗和膜污染程度；2）正滲透膜截留能力強(qiáng)，因此出水水質(zhì)更加可靠；3）如果在OsMBR工藝后組合反滲透過程，則汲取液在反滲透單元循環(huán)，不產(chǎn)生濃縮水。

有研究測(cè)試了FO-NF組合工藝替代常規(guī)RO工藝的脫鹽性能。作為海水淡化工藝，NF工藝相對(duì)RO工藝操作壓力更低，膜污染相對(duì)輕微；但是NF工藝的對(duì)一價(jià)鹽截留能力差，出水難以達(dá)到總?cè)芙庑怨腆w（TDS）控制指標(biāo)。而FO與NF工藝組合時(shí)，F(xiàn)O工藝的較高截鹽能力可以彌補(bǔ)這一缺陷，作為RO工藝的替代技術(shù)。

采用硫酸鈉汲取液，F(xiàn)O-NF工藝可以達(dá)到約10LMH的水通量，且硫酸鈉截留率高達(dá)97.9%。ZHAO等將FO-NF組合工藝應(yīng)用于海水淡化，結(jié)果表明這種組合工藝與傳統(tǒng)的反滲透工藝相比具有許多優(yōu)點(diǎn)，如更好的出水水質(zhì)（約97.7%的鹽分截留，TDS降至10mg/L以下）；膜污染較輕微，膜運(yùn)行周期延長(zhǎng)；膜污染易清洗，不借助化學(xué)清洗的情況下，物理清洗便可以恢復(fù)較高的通量。

正滲透微生物脫鹽電池（OMDC）是基于微生物脫鹽電池（MDC）改良的新技術(shù)。MDC工藝?yán)媚軌蚪到庥袡C(jī)物產(chǎn)生電勢(shì)的外源性微生物，顯著減少脫鹽所需的能耗。產(chǎn)生的電勢(shì)可以驅(qū)動(dòng)離子通過離子交換膜，達(dá)到脫鹽的目的。

在OMDC工藝中，采用具有一定氯離子通量的FO膜替代陰離子交換膜，如圖1所示，由于正滲透作用，水從陽極室進(jìn)入淡化室，然后利用微生物產(chǎn)生的電勢(shì)用于對(duì)水進(jìn)行脫鹽。典型的MDC由陽極室、陽離子交換膜、淡化室、陰離子交換膜和陰極室組成。該系統(tǒng)可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)三個(gè)目標(biāo)：脫鹽，水質(zhì)改善和能源生產(chǎn)。

4結(jié)語與展望

正滲透組合工藝是正滲透技術(shù)的主要應(yīng)用形式，其是否適合于水處理工程實(shí)際應(yīng)用主要取決于整體工作效率，整體能耗，整體造價(jià)和膜污染與清洗等方面。各類組合方式都有其特定的應(yīng)用場(chǎng)景，也有其應(yīng)用的限制。

目前，最常見的組合工藝是正滲透工藝配搭汲取液再生工藝，但該組合工藝需考慮整體投資及總能耗；隨著功能型汲取液的發(fā)展，正滲透技術(shù)有望與功能化汲取液利用技術(shù)聯(lián)用。正滲透技術(shù)也可以作為深度處理的預(yù)處理工藝，這類組合工藝中正滲透在控制進(jìn)水水質(zhì)，減輕后續(xù)處理的膜污染等方面發(fā)揮了巨大作用。

正滲透技術(shù)具有對(duì)傳統(tǒng)膜技術(shù)的替代潛力，可以降低傳統(tǒng)膜技術(shù)的能耗、減輕膜污染。正滲透組合工藝在海水淡化、中水回用、污廢水處理、物料分離和飲用水生產(chǎn)等領(lǐng)域均得到了應(yīng)用，且隨著正滲透膜材料、汲取液、正滲透運(yùn)行工藝和膜污染控制等相關(guān)方向研究的深入，正滲透組合工藝將擁有更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域（參考文獻(xiàn)略）。