正渗透_水纯化和脱盐的新途径VIP专享VIP免费

水资源相对匮乏和水质恶化已经愈来愈严重地影响着人类生活健康，制约着经济发展。各国政府及社会团体已经战略地意识到未来的和平与发展将与净水和淡水的获得息息相关。因此，如何低成本地实现水纯化和脱盐一直是人们所关注的重要科学技术问题。以海水淡化为例，目前膜法（反渗透）和热法（蒸发）是该领域的两大主旋律。其中，由于反渗透法的相对能量优势，近年来得到了不断的发展，并获得了较广泛的应用。一般，反渗透法的操作压力约为5.4～6.0MPa（海水的渗透压约为2.5MPa），能量需求约为15～30kJ/L淡水。由于需要克服的渗透压与盐浓度直接相关，而且较高的操作压力往往会增加能量消耗以及由此引发的膜污染会导致膜寿命缩短，所以反渗透法的水回收率一般仅为30%～50%。另外不容忽视的是，浓盐水的直接排放对环境有所影响而且其本身也是一种潜在的能量浪费。最近的报道显示，得益于能量回收系统的快速发展（回收效率高达95%），海水淡化的能量需求甚至低至9kJ/L淡水，显然该数据已接近海水淡化的最小理论能量消耗（约为3～7kJ/L）。可见，这一方面显示了反渗透法相对较小的发展空间，另外也为其它海水淡化技术的竞争提出了较高要求。即，对于任何欲商业化的海水脱盐新技术，必须要在相关方面显著地优越于反渗透法，例如：能量成本、资本投入、水回收率、运营成本、水质以及产品水成本等。与反渗透海水淡化的系列对比可知（见表1），正渗透（Forwardosmosis，缩写FO）的确具备着显著的优势，有可能成为水纯化和脱盐的新技术。而且，国际上对该技术正进行着多角度、深层次的理论研究和实践探索[1]。因此，本文综述了正渗透的原理、当前的发展水平及其现存问题，旨在引起我国相关领域科研人员对它的重视。1正渗透原理经过几十年的发展，反渗透过程已被人们熟悉和认可。在这里，我们根据图1便可清楚地借助反渗透来理解正渗透和压力阻尼渗透（Pressureretardedosmosis，PRO）以及彼此间的相互关系。简单地说，正渗透-水纯化和脱盐的新途径高从堦1，2，郑根江2，汪锰1，王铎1，高学理1，周勇2（1.中国海洋大学化学化工学院，山东青岛266100；2.杭州水处理技术研究开发中心，浙江杭州310012）摘要:正渗透作为一种潜在的水纯化和淡化新技术,国际上正对其进行着多角度、深层次的理论研究和实践探索。本文综述了正渗透的原理、当前的发展水平及其现存问题,旨在引起我国相关领域科研人员对它的重视。关键词:正渗透;反渗透;海水淡化;水处理;膜过程中图分类号:TQ028.8文献标识码:A文章编号:1000-3770(2008)02-004-05收稿日期：2007-12-10基金项目：国家重点基础研究发展规划（973）项目（No.2003CB615700）作者简介：高从堦（1942-），男，中国工程院院士，研究员，主要从事膜与膜过程研究联系电话：0571-88935329；E-mail：gaocjie@mail.hz.zj.cn。类别驱动力水回收率(%)环境影响膜寿命膜组件应用范围反渗透需外加高压,耗能高30~50浓盐水直接排放,危害环境长期高压下运行,膜表面易结垢或有机物污染需耐高压,对膜材料和结构设计要求高常规分离体系正渗透仅依靠两相间自然渗透压,无需外压75[2],或更高高的水回收率使盐析出,无浓盐水排放,环境友好非压力驱动膜过程,几乎无膜污染问题困扰只需克服较低的流体流动阻力,故组件形式简单,对材质无特殊要求也可实现对热敏性或压敏性体系的分离。在药物的准确释放和再生能源等领域也能发挥作用表1反渗透膜过程与正渗透膜过程的对比Table1Comparisonbetweenreverseosmosisandforwardosmosis第34卷第2期2008年2月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.34No.2Feb.,20081正渗透是指水通过选择性渗透膜从高水化学势区域向低水化学势区域的传递过程。可见，正渗透过程的实现需有两个必要因素，其一为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，其二为膜两侧所存在的水化学势差，即传递过程所需要的推动力。例如，欲利用正渗透实现海水淡化，则首先需要具备正渗透膜，原则上它只允许水透过，而阻挡了海水中的离子和有机物等溶质分子。在膜的另一侧，需要引入具有低水化学势的汲取液（Drawsolu-tion）以实现水化学势差，推动纯水从海水侧源源不断...