据水世界订阅号微信公众平台2016年10月19日讯 正渗透浓缩技术主要是用在高盐水零排放，海水淡化综合利用领域。针对高含盐废水的零排放市场，将工艺链分为三段，即预处理系统+深度浓缩+结晶。
　　目前深度浓缩用到的有正渗透、膜蒸馏、高压/超高压反渗透、电渗析、MVR等。
　　正渗透技术的优势体现在运行成本和投资成本上。从投资成本来讲，材料成本和设备成本很低的，与目前同类的MVR、电渗析相比是一个很大的优势。由于研发投入，在推广初期价格还是较高的，但随着越来越多应用价格会下降。正渗透系统耗电及耗能不是膜分离而是汲取液的回收。在降低正渗透膜浓缩运行成本研发中提升膜的运行通量，提升膜的脱盐率是一个重要方向。
　　正渗透技术的应用范围十分广泛，沃特尔只针对高浓盐水浓缩应用进行设计运行，将高浓盐水浓缩到22～26万mg/L左右。
　　（一）正渗透技术基本概况
　　反渗透的开发实际是基于正向渗透的原理。如果在膜两侧一侧为浓物料，另一侧渗透压低于浓物料，那么水分子会自发向浓物料侧渗透即为正向渗透过程，如果能够将这一过程实现连续化，就完成了正渗透技术的工程化。

　　正渗透由于早期没有进入商业化应用，特别在膜材料、膜分离性能等方面还有很大空间。

　　1、工作原理
　　在半透膜的原水侧，水分子由于渗透压驱动会进入到浓盐水侧，实现其连续运行需要靠汲取液回收。
　　汲取液主要功能是将原水中的水分子牵引过来，然后通过回收系统将水分子再分开，有效成分回到膜分离系统循环使用。只有汲取液的循环使用才能使得正渗透过程连续进行，实现工业化应用。

　　正渗透膜材料主要有两类，一类是以HTI为代表的醋酸纤维素材料，另一类是其他公司材料，如Oasys water复合正渗透膜，类似反渗透膜，含有支撑层及以聚酰胺为主的脱盐层。

　　汲取液选择基本上两类。一是碳铵溶液，是以碳酸铵为主的复配溶液；通过热分解的方式生成氨气和二氧化碳，再溶解后实现回收。二是无机盐汲取液，以氯化钠、氯化镁、硫酸镁等为主，因为溶解度足够高可产生高渗透压；对于无机盐汲取液的回收目前采用较多的是高压反渗透、高压纳滤+反渗透等组合工艺。碳铵汲取液可以将原水TDS浓缩到22～26万mg/L范围。

　　正渗透技术的另一优势是抗污染性较好。对于高污染水，只要膜组件的设计足够适应高污染，水分子在膜表面的自发渗透是不会导致膜表面出现压密型污染层。因为运行的物理压力很低，这样正渗透的运行时间会很长，水分子透过之后，二级反渗透精处理不需要考虑抗污染问题。

　　正渗透在应用时的一个局限是通量较低。正渗透膜在处理同样规模水量时用量相对反渗透较多。其中最主要的阻力是内部浓差极化。正渗透膜研发建议先解决膜支撑层的透水性，主要是厚度、开孔率和孔的曲折率三个因素（厚度越薄、开孔率越高、孔曲折率越小，水通量越高）。

　　（二）MBC系统

　　MBC系统的主要构成是膜分离系统和汲取液回收系统。膜分离系统起到的主要作用是将原水浓缩四倍，到24万mg/L含盐量以上，一般进正渗透的含盐量在6万mg/L左右。膜另一侧走汲取液，浓缩的汲取液用泵输送进入膜分离系统，稀释四倍后从另一端流出稀释的汲取液。
　　膜分离系统的配置很简单，主要是膜堆、两边的提升泵、控制阀门和仪表。因为两台提升泵的扬程较低，流量较小，所以运行能耗也很低。且属于常温常压运行状态，所有管道均可是UPVC，投资成本也较少，主要的投资成本为正渗透膜。
　　两个汲取液分离塔中，稀释的汲取液，经过主塔分离产生浓缩汲取液，分解掉氨气和二氧化碳之后产水会进入到二级反渗透精处理系统。因为透过正渗透膜的水含盐量还偏高，所以当原水从6万浓缩到24万，产出的淡水的含盐量大概在7000～8000mg/L以下。这个浓度是不能直接进行回用的，需要用二级RO膜精处理，最后浓度达到200～500mg/L以下；浓缩的汲取液进入CDS箱到FO膜分离系统进行循环浓缩。
　　FO的浓水侧，由于汲取液中有氨的成分且浓度高，所以氨会反向浓差扩散到原水侧（浓缩液侧），因此浓缩液中含有汲取液的有效成分。所以浓缩液要进入浓水脱氨塔，起到脱氨作用，并汇集到汲取液分离塔，最后一起进入汲取液分离塔冷凝回收系统。

　　最新的正渗透膜支撑层很疏松，通量已得到大幅度提升，有四寸和八寸两种规格，工业上应用主要为八英寸直径的卷式膜。

　　正渗透膜用反渗透标准测试条件测试，其脱盐率和水通量与反渗透差不多（与苦咸水RO膜基本在一个量级），由于是正向渗透，不需要耐受高物理压力因此膜比较薄。

　　正渗透膜耐受微生物、有机胶体等污染，由于没有高的物理压力，污染物在膜表面是一种很疏松的堆积状态，因此很容易清洗恢复。
　　因此，正渗透技术得到很好的开发利用的前提是拥有很好的正渗透膜。正渗透膜评价只有两个因素，一是脱盐率，这个也影响到汲取液的反向扩散；二是水通量，即内部浓差极化作用越小越好。这些全部与膜材料的生产配方、生产过程有关。
　　碳铵汲取液不是纯碳酸铵，是二氧化碳和氨按照一定比例在水中溶解形成。在水溶液中以铵离子、氨基甲酸根、碳酸根及碳酸氢根形式存在；在分解相主要是氨气、二氧化碳和水。

　　汲取液回收过程：被稀释的汲取液通过原料泵（预换热器升温）进到精馏塔，精馏塔中装有规整填料，塔顶不断产生二氧化碳和氨气通过冷凝和吸收作用恢复成浓缩的汲取液循环到膜分离系统重复利用；塔底通过产水泵和预换热器将能量传递给进塔物料后离开系统。
　　所有的能源都是从塔底的循环泵的换热器输入的，碳铵汲取液能耗主要是蒸汽，一般低压蒸汽就可满足要求。如果热源蒸汽温度偏低，可以将塔设计成略负压的形式。因此汲取液回收系统对于热源的温度要求并不特别高，主要是将废蒸汽或低品位蒸汽作为驱动热源。

　　（三）应用案例分享

　　正渗透技术在美国主要应用于页岩气返排液回收上。
　　1、马塞勒斯项目
　　前端用软化加药反应澄清过滤，随后进正渗透系统，产出最终的浓盐水，浓缩倍数不到3倍，浓盐水含盐量18万，产水经过RO精处理在300mg/L。

　　2、permian盆地项目

　　3、NOV项目
　　2014年，单套处理规模在25立方米/小时的移动式系统用来处理页岩气返排液。

　　4、国内项目

　　1）华能长兴电厂
　　该项目目前已经运行一年多，是国内第一套采用正渗透的项目。

　　整个工艺流程分软化预处理，FO+RO组合浓缩及结晶干燥制盐。FO+RO组合浓缩回收率可达16倍。

　　2）中石化中天合创项目
　　项目于今年建设，年底进入调试。处理废水为中水回用系统的RO浓水。正渗透系统回收率设计为75%。

　　3）阳煤煤化工项目

　　项目已进入调试。
　　4）王曲电厂零排放项目

　　该项目也于年底进行调试。
　　（四）小结&展望
　　水电盐联产：常规海水淡化项目用RO膜回收45～50%，可以将SWRO膜的浓水用正渗透进行提浓到24万～25万mg/L浓度，然后进入结晶系统，在这一过程中可将溴先提取出来，再分解出氯化钠盐、氯化钾盐、硫酸钠盐等。

　　主要竞争优势：实现了减少海水取水量，且无浓海水回排到海洋中；预处理系统和膜法浓缩系统量均相应减少。增加了盐化工产量，减少了盐田占地。
　　主要降低的投资成本为海水取水工程和浓海水排海工程上。

　　提高FO脱盐率对节省能耗是非常有价值。因为FO脱盐率越高，产水经过RO精处理循环回的浓缩液会减少；汲取液反向扩散会少，精馏塔也会更小。
　　最后希望大家可以一项新技术推广的视角看待正渗透的发展。正渗透技术有它独到之处和竞争优势，目前性能水平还有大幅提升空间，也需要市场的支持及更多公司的关注和研发投资进行推动。
　　关于沃特尔：
　　北京沃特尔水技术股份有限公司致力于水处理技术系统解决方案引领者，自1994年成立以来是中关村高科技企业、北京市高新技术企业、被新华社特稿推荐为改革开放科教兴国的重点代表企业。2013年8月中国机械集团下属公司 中工国际（股票代码：002051） 正式入股沃特尔，成为控股股东。
　　北京沃特尔水技术股份有限公司是集水处理技术研发、设备制造、施工建设、投资运营于一体的专业化水处理公司，特别在中水回用石灰深度处理和相关水处理成套设备以及膜法水处理方面在国内具有领先技术优势，拥有10余项发明专利，迄今为止公司已累计完成70余项大型电站的中水回用深度处理和脱硫废水处理等优质工程，实用效果超过英美俄法等国进口技术和产品。

　　微水会主讲嘉宾：
　　王大新，1979年4月出生，1997～2001年在清华大学化学工程系读本科，2001～2006年在清华大学化学工程系应用化学研究所读博士，2006～2009年在陶氏化学水处理事业部任高级工程师，2009～2013年在北京赛诺膜技术有限公司任副总经理，2013～现在任北京沃特尔水技术股份有限公司总工程师。