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滲透技術作為一種以滲透壓差作為驅動力的膜技術，在近十年受到越來越廣泛的關注，其具有的潛在優勢是其受到持續關注的主要原因。然而在這些研究與應用中，通常將正滲透與其他技術組合成正滲透混合系統加以應用。文章針對正滲透混合系統在水處理中應用的研究進展進行綜述，以期為正滲透技術的進步做出貢獻。
人口的持續快速增長已經使得對全球水和能源的可持續性問題備受關注。由于目前凈水的生產仍然是能量密度非常高的過程，因此如何在低耗能的前提下滿足不斷增長的用水需求是本世紀面臨的一項重要挑戰。
正滲透（FO）技術作為一種新興的膜分離技術在過去的十年間受到了來自科研和工業開發領域越來越廣泛的關注。FO是通過自然的滲透作用將水分子從半透膜一側的含鹽溶液中提取到膜另一側的高濃度驅動液（DS）中。由于是由膜兩邊的滲透壓差提供驅動力，FO技術可以克服例如反滲透（RO）等水壓驅動膜分離過程的不足。然而，FO技術同樣也面臨一些主要的技術障礙，如缺少為FO專門設計的膜材料、驅動液的回收及再濃縮等。研究者還指出FO僅僅在不需要對驅動液進行進一步處理的情況下才是一種低能耗的過程，因此現存的FO是一個低能耗過程的概念是具有誤導性的。雖然成功實現FO技術的工業應用仍然需要克服一些挑戰，但近年來在該領域的研究成果也頗為豐富，本文綜述FO技術在水處理領域內最新的研究及應用進展，特別是FO技術和其他水處理技術的組合應用將重點關注。
1 正滲透膜技術介紹
1.1 正滲透膜技術原理
正滲透是指水通過有選擇性的半透膜，從高化學勢（低濃度）溶液一側傳遞到低化學勢（高濃度）溶液一側，是自然界中廣泛存在的一種物理現象，正滲透的驅動力來自膜兩側溶劑的化學勢差或者兩側溶液的滲透壓差[1]，而不是液體壓力，這與壓力驅動膜分離過程是有所區別，也決定了技術特點與壓力驅動膜不同。
反滲透（RO）、正滲透（FO）和壓力延緩滲透過程（Pressure Retarded Osmosis，PRO）的基本原理[1]，在半透膜兩側分別是原料液（Feed Solution，FS）和驅動液（Draw Solution，DS），DS能提供高滲透壓，本示意圖中DS是濃鹽水（Brine），在無外加壓力△P時，在滲透壓△π作用下，水從低濃度的FS透過半透膜流向高濃度的DS，FS中大多數溶質分子和離子被截留下來，高濃度的DS逐漸被稀釋；對于反滲透，在DS側施加壓力△P，并且對△π<△P，水從高濃度的DS擴散到低濃度的FS；當△π>△P時，所施加外力不足以抵抗滲透壓，水仍會從FS流向DS，這樣利用滲透壓差就可以對外輸出做功，從而獲得能量，此工藝過程為壓力延緩滲透過程（PRO），通常將此過程也稱為正滲透過程[2]。對于FO、RO、PRO過程，水通量都可以用公式（1）來表示：
JW =A（σΔπ-ΔP）（1）
其中Jw為水通量，L·h-1·m-2；A為膜的水滲透性常數；σ為反射系數；Δπ 為滲透壓，Pa；ΔP 為外加壓力，Pa [1]。
1.2 滲透膜技術特點
正滲透技術原理決定了其技術特點，即水在無或較低的水力壓力可以擴散，國內外許多學者已經對FO技術優點進行了概括總結[1-6]，主要為低能耗、低膜污染且大部分可逆，以及能夠有效地截留污染物，PRO可以利用鹽差能來發電，對環境友好、能源密度大，鹽差能發電是一項極具前景的清潔可再生綠色能源技術。
2 正滲透技術在水處理方面應用
Cath和Elimelech等[1] 在2006年對正滲透技術原理、應用和發展趨勢進行了綜述后，正滲透技術引起了眾多學者的興趣，將之應用多個領域，同時進行了更為詳細和深入的研究。特別是近幾年國內外學者發表了大量的研究成果，Zhao[2]等概述總結近幾年一些主要研究成果，并闡述了正滲透技術所面臨的機會和挑戰，將FO技術應用歸納為水、能源和生命三大領域，水領域主要包括海水脫鹽、廢水處理和回用等。本文主要針對FO技術（不包括PRO產能發電）在水領域的近幾年研究成果和新趨勢進行簡要分析和總結。
2.1 海水脫鹽
FO技術早在1970s已經應用到海水淡化領域，但早期研究不成熟，隨著FO膜商業化應用成為可能，FO在海水脫鹽的研究報道越來越多。一般采用FO脫鹽包括2個步驟，首先，海水中的水分子滲透到驅動液一側，之后將稀釋的驅動液濃縮同時產生新鮮水。與RO不同，FO需要從稀釋后的驅動液中分離水，進行驅動液的濃縮和水的回收，這就需要能量，如果沒有合適驅動液和較好的回收工藝，還有可能造成能源的消耗，其低能耗優點不明顯，所以在對于FO技術和其他海水淡化技術進行對比時，更需要注意全過程的對比（稀釋的驅動液再生過程）[7，8]。
2.2 廢水處理和回用
關于FO在某些廢水處理和回用的應用在許多文獻中均有報道，早在1980s采用FO處理工業廢水的可行性就被研究，根據FO膜商業化供應商美國HTI公司資料顯示[9]，FO可以應用到油氣田廢水處理、工業和市政廢水處理、核工業廢水處理等方面。FO工藝與其他廢水處理技術聯用（FO-RO，OMBR（Osmotic membrane bioreactor），FO-MFC（microbial fuel cell））來解決水污染問題和能源問題越來越受到關注，很多學者進行了探索研究。
FO-RO組合工藝同時實現海水脫鹽和廢水凈化，這將是FO工藝應用在水領域很重要的方向之一，Elimelech團隊[10]也將此組合工藝應用到海水脫鹽和廢水凈化進行了研究，主要探討了FO膜污染和控制問題，發現FO膜支撐層的膜污染可以忽略，活性層的膜污染主要是由各類污染物沉積到膜表面形成濾餅層引起，在沒有化學清洗的情況下，考察了3種水力學方法（剪切力、湍流強度和脈沖）減小膜污染的效果，試驗結果表明，水力學方法是能夠有效地減緩和去除膜污染，原因在于正滲透過程是沒有外界的水力壓力，僅是靠滲透壓力來完成分離過程，所形成的濾餅層比較松散易于去除。
正滲透膜工藝以其低能耗、低膜污和高水質的顯著優點越來越受到國內外學者的關注和研究，在水處理領域具有廣泛的潛在應用前景。但是將FO工藝運用到實際工程中，需要面臨著許多關鍵技術問題與挑戰，正滲透膜工藝由FS、DS和膜組成，對于水處理領域FS相對固定，DS和膜以及這三部分相互作用所產生的濃差極化、膜污染、溶質反擴散都是需要解決的問題和以后研究的重點，特別是理想驅動液的選擇和膜制備將是最關鍵的技術。盡管缺乏用于正滲透膜分離過程中商業化的合適膜及其組件和理想的驅動液，但基礎的正滲透研究和新的應用正在穩步發展。
