正滲透FO技術作為一種新興的膜分離技術，具有能耗低、截留能力強、膜污染程度小和膜污染易清洗等特點，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是順滲透壓差方向進行的，水分子通過正滲透膜流入滲透壓更高的汲取液，限制了正滲透技術作為獨立的工藝應用于水處理。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)，負責回收水資源。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、無機鹽復分解沉淀、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（Na-CQDs）作為汲取液進行正滲透海水淡化，并采用MD工藝在45℃的溫度下進行汲取液回收。

ALNAIZY等人將FO與化學沉淀工藝組合，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一步利用。

當前，許多新型的汲取液及其回收技術得到了發(fā)展和應用，如磁性納米顆粒（MNP）、刺激響應型高分子水凝膠、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，并且磁性納米顆粒可通過磁場作用再生。

而LI等人合成的刺激響應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實現(xiàn)溶液-凝膠之間的相變轉換，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動力。

此外，常規(guī)膜分離技術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)運行，這類工藝能否實現(xiàn)商業(yè)化還要深入探討。從能量角度上看，若要實現(xiàn)商業(yè)化，正滲透系統(tǒng)節(jié)省的能量需彌補汲取液再生系統(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)境效益和較低的運行費用來平衡。

1.2正滲透與汲取液利用工藝組合

在大多數(shù)正滲透工藝的應用中，正滲透難以單獨達到工藝需求，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，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，稀釋后的汲取液進入汲取液利用系統(tǒng)。這類工藝典型的應用有化肥驅動正滲透工藝（FDFO）、葡萄糖溶液驅動正滲透工藝、聚合電解質驅動工藝、表面活性劑驅動正滲透工藝、正滲透應急水袋等。

化肥驅動正滲透工藝（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。可將該工藝利用于淡水資源緊缺或淡水資源遭到嚴重污染地區(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鹽后，滲透壓明顯提高，稀釋后的混合汲取液可以作為應急能量飲料。

汲取液直接利用的技術還可應用于救災、軍事演習和航天任務中，如HTI公司開發(fā)了正滲透應急水袋X-Pack。在飲用水緊缺時，合理配比的糖和電解質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、有機物和其它雜質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。

聚丙烯酰胺溶液驅動的正滲透組合工藝也是一種有前景的應用。陰離子型聚丙烯酰胺（HPAM）是聚驅采油中常用的驅油劑，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采油的驅油劑資源化利用。

將正滲透技術與汲取液利用工藝進行組合，能夠降低汲取液回收工藝的能耗，簡化工藝流程。然而，這類組合工藝除了對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處理工藝

正滲透工藝可以作為深度處理工藝的預處理工藝。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入RO工藝分離。相對于單獨的RO工藝，F(xiàn)O-RO工藝膜污染情況較輕。

從產(chǎn)品水的水質角度分析，相比獨立的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工藝的預處理。此外，單獨的RO工藝的截留能力是有限的，對痕量有機物（TrOC）如硼的截留效果一般。

有文章研究了FO-RO組合工藝對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TrOC截留率可以超過99%。有研究對比了FO工藝和RO工藝對雙酚A、三氯生和雙氯芬酸的截留能力，結果表明FO工藝均具有更高的截留率，因此，F(xiàn)O-RO組合工藝對TrOC的去除能力大幅高于單獨的RO工藝。

有研究表明，F(xiàn)O工藝比RO工藝對硼的截留能力更強，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RO工藝的除硼能力進行對比，研究表明FO-RO工藝性能更好。FO工藝作為RO工藝的預處理工藝，能夠有效避免高污染傾向的RO膜與成分復雜的原水直接接觸，這既保證了RO出水的水質，又減輕了RO過程中的膜污染和結垢。

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

在該應用場景下，F(xiàn)O工藝是理想的預處理技術，用于去除原水中的溶解性有機物和無機物。ALTAEE等人對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預處理工藝顯著降低了原水中多價離子的濃度，從而減少了熱交換器上的結垢效應，使熱工藝能夠達到更高的溫度和更高的水回收率。

3正滲透組合工藝對傳統(tǒng)膜技術的替代潛能

正滲透組合工藝可以作為傳統(tǒng)膜技術的替代技術。其中，正滲透膜生物反應器（OsMBR）是一種新型的正滲透技術應用工藝，在水處理中有很大的應用前景。OsMBR將FO工藝與活性污泥工藝相結合，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：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，因此出水水質更加可靠；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RO工藝操作壓力更低，膜污染相對輕微；但是NF工藝的對一價鹽截留能力差，出水難以達到總溶解性固體（TDS）控制指標。而FO與NF工藝組合時，F(xiàn)O工藝的較高截鹽能力可以彌補這一缺陷，作為RO工藝的替代技術。

采用硫酸鈉汲取液，F(xiàn)O-NF工藝可以達到約10LMH的水通量，且硫酸鈉截留率高達97.9%。ZHAO等將FO-NF組合工藝應用于海水淡化，結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，如更好的出水水質（約97.7%的鹽分截留，TDS降至10mg/L以下）；膜污染較輕微，膜運行周期延長；膜污染易清洗，不借助化學清洗的情況下，物理清洗便可以恢復較高的通量。

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。MDC工藝利用能夠降解有機物產(chǎn)生電勢的外源性微生物，顯著減少脫鹽所需的能耗。產(chǎn)生的電勢可以驅動離子通過離子交換膜，達到脫鹽的目的。

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，水從陽極室進入淡化室，然后利用微生物產(chǎn)生的電勢用于對水進行脫鹽。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)可以同時實現(xiàn)三個目標：脫鹽，水質改善和能源生產(chǎn)。

4結語與展望

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

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，正滲透技術有望與功能化汲取液利用技術聯(lián)用。正滲透技術也可以作為深度處理的預處理工藝，這類組合工藝中正滲透在控制進水水質，減輕后續(xù)處理的膜污染等方面發(fā)揮了巨大作用。

正滲透技術具有對傳統(tǒng)膜技術的替代潛力，可以降低傳統(tǒng)膜技術的能耗、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)等領域均得到了應用，且隨著正滲透膜材料、汲取液、正滲透運行工藝和膜污染控制等相關方向研究的深入，正滲透組合工藝將擁有更廣闊的應用領域（參考文獻略）。