LogoAdd Your Company Slogan 正渗透膜简介正渗透的原理正渗透过程(Forward Osmosis,简称FO)是以选择性分离膜两侧的 渗透压差为驱动力,溶液中的水分子从高水化学势区(原料液侧)通过 选择性分离膜向低水化学势区(汲取液侧)传递,而溶质分子或离子被 阻挡的一种膜分离过程,正渗透过程是通过跨膜渗透压差,而不是通 过外加压力(如反渗透膜过程),作为驱动力使水通过分离膜,最终会导 致原料液的浓缩和汲取液的稀释,浓缩的原料液可以作为下一次正渗 透过程的汲取液循环利用,而稀释的汲取液可以借助化学沉降冷却沉 降、热分解、热挥发等标准方法从汲取液中获取产品纯水,并使汲取 液得到浓缩。正渗透的原理外浓差极化伴随着渗透过程的进行,原料液侧膜表面处有溶质的积累,导致 膜表面渗透压升高,从而使得有效渗透驱动力降低,称为浓缩的浓差 极化;同时汲取液侧膜表面处溶液被渗透过来的水稀释,水化学势却 显著增大,这种现象称为稀释的浓差极化,这两种极化现象都会导致 膜两侧主体溶液的渗透压差要远低于膜活性层两侧的渗透压差,即: 正向渗透的传质推动力减小了,也就是说,正渗透过程也同样存在浓 差极化现象。FO膜两侧的外部浓差极化都会导致有效渗透压的降低,但可以 通过提高膜面的流速和扰动来消除外部浓差极化的影响。研究表明, 由于FO过程中基本不使用外压,其外部浓差极化影响要远小于 RO, 不是造成 FO 膜通量远低于预期值的主要原因。内浓差极化当所用的正渗透膜是对称的 膜,且在不考虑外浓差极化现 象的时候,渗透压差的梯度递 减过程如图(a)所示内浓差极化当多孔支撑层朝向原 料液侧时,溶质会在紧 靠致密层的支撑层孔 内部得到积累,如图(b) 所示,这称为浓缩的内 浓差极化,不能通过错 流的方式消除内浓差极化当多孔支撑层朝向汲取液时,膜孔内的浓差 极化则应称为稀释的内浓差极化,如图(c)所 示一般的在水纯化和脱盐的应用中,正向渗 透膜的朝向多选择后一种形式正渗透的影响因素 温度的影响温度对反渗透的影响主要在于温度升高会降低水的粘度,从而提 高扩散系数,最终使得水通量增大表明温度升高,会降低内浓差极 化,提高水通量,但并不是越高越好,为水通量增大到一定程度后会 加重内浓差极化。 膜方位的影响膜的方位不同,会产生两种不同的浓差极化现象,有研究表明这两 种极化现象对水通量的影响差别很大,因此要根据具体应用选择合 适的膜朝向,一般的在水纯化与脱盐的应用中,正渗透膜的朝向多 为活性分离层面向原料液。正渗透的影响因素 流速的影响外浓差极化却可以通过增大流速,增加漩涡来消除,因此在运行时 要采用错流的方式,提高流速,减小边界层的厚度,以削弱外浓差极 化的影响。 原料液和汲取液的浓度的影响当原料液的浓度一定时,汲取液浓度增大,会使得渗透压差加大,从 而提高水通量,但当浓度增大到一定值时,水通量会下降,这是因为 浓度很高时,浓差极化会加剧。应用海水淡化(中试) 进料溶液0.5mol/LNaCl, 驱动溶液为6mol/L铵盐, 膜两侧的渗透压差高达 22.5MPa 膜通量 25 L/(m2h ) 盐的截留率大于95% 通过适度加热(约 60), 将铵盐分解成氨和 CO2 并循环使用,剩余的液 体就是稀盐水。该稀盐 水蒸馏或膜蒸馏即可获 得纯净水。 节能应用废水与垃圾渗滤液的处理(中试) 垃圾渗滤液的处理,TDS 达到100mg/L一下,也可 用于污泥浓缩,总磷去 除完全,氨氮总凯氏氮 去除90% 膜通量 25 L/(m2h ) 抗污能力很强,通过测 定盐度确定受污染程度应用减压渗透发电(构想)首先,淡水过滤后进入压力阻尼渗透模块,透过膜扩散进入高压的海 水侧,海水被稀释后压强增大,然后稀释后的海水分成二股,一股海水 在管道内减压用来发电,另一股通过压力交换器给进入装置的海水增 压“压力阻尼渗透发电系统的关键是压力交换器和膜件应用减压渗透发电(构想)在较低温度下,通过循环利 用 NH3-CO2驱动溶液,将渗 透能产生的高水压转化为 电能,能够将低价值的废热 源或环境友好的低温热源( 地热、太阳能等)转化成电 能。目前渗透热泵的转化 效率为 5%10%,还需要 进一步分析和优化膜的能 量密度、热交换面积以及 热源的质量、数量和最终 的能量输出的关系。其他应用航天工业中的运用正渗透技术是美国航空航天局太空水回用系统候选技术之一。 人类长期的太空任务需要一个可靠、耐用、轻便且能耗低的废水处 理系统。 正渗透水袋 浓盐水再浓缩此外正渗透过程具有抗污染、较高的水回收率的特点，通过选 择合适的驱动溶液，可进行浓盐水的再浓缩，甚至使盐析出，减少 排放。理想的正渗透脱盐过程目标是实现零液体排放，这点对于在 内陆地区建设脱盐工程尤为重要。 食品和医药方面的运用正渗透技术的另一个特点是操作低温低压。结合上面的低能耗 、低污染特点，其已经广泛运用到了液体食品的浓缩，有利于食品 的包装、运输和储存，还可降低水的活度，提高产品的稳定性。膜材料的要求和发展趋势 (1)具有致密的皮层，对溶质有高截留率； (2)膜的皮层具有较好的亲水性，实现较高的水通量和水回收率， 同时又能降低膜污染趋势； (3)膜的支撑层尽量薄，并且孔隙率尽量大，以便能减小内浓差极 化； (4)具有较高的机械强度，实现较高的膜强度，增加膜寿命； (5)具有一定的耐酸、碱、盐等腐蚀的能力以便能够在较宽的 pH 值范围以及各种不同组成的溶液条件下正常运行。LogoAdd Your Company Slogan Thank you