正滲透（Forward osmosis, FO）是近年來發(fā)展起來的一種濃度驅動的新型膜分離技術，它是依靠選擇性滲透膜兩側的滲透壓差為驅動力自發(fā)實現(xiàn)水傳遞的膜分離過程，是目前世界膜分離領域研究的熱點之一。相對于壓力驅動的膜分離過程如微濾、超濾和反滲透技術，這一技術從過程本質上講具有許多的優(yōu)點，如低壓甚至無壓操作，因而能耗較低；對許多污染物幾乎截留，分離效果好；低膜污染特征；膜過程和設備簡單等。在許多領域，特別是在海水淡化、飲用水處理和廢水處理中表現(xiàn)出很好的應用前景。
作為一種新型的技術，近年來，以美國、以色列和新加坡為代表的國家投入大量資金進行研究，并且取得了階段性成果。美國Oasys公司（Oasys Water, Inc.）成功研制成功了正滲透膜，并應用于美國permian盆地的頁巖氣項目中石油化工的廢水的處理項目，實現(xiàn)處理后的水質可達到飲用水的品質，而國內目前據(jù)報道只有北京沃特爾公司成功引進。（以下內容以沃特爾公司正滲透膜應用為說明依據(jù)）
正滲透又稱滲透，是指水或其它溶劑透過天然或人造的半透膜，由低溶質濃度側傳遞到高溶質濃度側的過程，是自然界中廣泛存在的一種物理現(xiàn)象。當細胞膜外的溶質濃度與細胞膜內相同時，紅細胞維持自然狀態(tài)；當細胞膜外的溶質濃度低于細胞膜內時，細胞膜外的水分子自發(fā)的擴散到細胞膜內，使得紅細胞呈現(xiàn)膨脹狀態(tài)；當細胞膜外的溶質濃度高于細胞膜內時，細胞膜內的水分子自發(fā)的擴散到細胞膜外，使得紅細胞呈現(xiàn)收縮狀態(tài)。
正滲透過程無需外加壓力，通過具有高滲透壓的汲取液，可以透過半滲透膜將水分子自發(fā)的由低滲透壓的原水側汲取出來，而且將原水中的其他溶質截留，然后再采用其他工藝將水從被稀釋的汲取液中分離出來，最終獲得純凈的水，汲取液可以循環(huán)利用。驅動水分子由低濃度側向高濃度側流動的動力是半滲透膜兩側的滲透壓差值，其理論值可以用滲透壓公式計算。
1 原理與特點
1.1 基本原理
反滲透(RO)、正滲透(FO)和減壓滲透((Pressure Retarded Osmosis,PRO)過程的工作原理，如圖1 所示。在RO 過程中，水在外加壓力作用下從低化學勢側通過滲透膜擴散至高化學勢側溶液中( Δπ<ΔP)，達到脫鹽目的。正滲透過程剛好相反，水在滲透壓作用下從化學勢高的一側自發(fā)擴散到化學勢低的一側溶液。而減壓滲透可認為是反滲透和正滲透的中間過程，水壓作用于滲透壓梯度的反方向，水的凈通量仍然是向濃縮液方向。這三個過程可以用下式來描述：Jw＝A（σΔπ-ΔP）；式中Jw—水通量；A—膜的水滲透性常數(shù)；σ—反擴散系數(shù)；Δπ—膜兩側的滲透壓差；ΔP—膜兩側的壓力差。
1.2 技術特點
如上所述，正滲透不同于壓力驅動膜分離過程，它不需要額外的水力壓力作為驅動力，而依靠汲取液與原料液的滲透壓差自發(fā)實現(xiàn)膜分離。這一過程的實現(xiàn)需要幾個必要條件：（1）可允許水通過而截留其他溶質分子或離子的選擇性滲透膜及膜組件；（2）提供驅動力的汲取液；（3）對稀釋后的汲取液再濃縮途徑。1.3.1正滲透膜：
正滲透膜通常由活化層和支撐層組成，當原水流過活化層一側，滲透壓遠高于原水的汲取液同時流過正滲透膜的支撐層一側，水分子自發(fā)的由原水側向汲取液側不斷流動，由于正滲透膜對原水中的鹽分和其他污染物具有截留作用，因此原水中的溶質被濃縮，同時汲取液則被透過正滲透膜的水分子稀釋。1.3.2汲取液
氨和二氧化碳混合氣體在水中具有很高的溶解度，形成的汲取液可以產生巨大地滲透壓驅動力使得水分子滲透過膜，即使高含鹽量原水的總溶解性固體（TDS）高達200,000mg/L。稀釋后的汲取液可以通過加熱蒸發(fā)分解其中的溶質而得到循環(huán)利用，與克服水的蒸發(fā)潛熱相比較，汲取液中溶質熱分解所需的能量更低。
分解后氨和二氧化碳氣體通過冷凝回收再溶解到汲取液中進行重復使用，除去了溶解氨和二氧化碳以后的水即為比較純凈的產水。
