水电之家讯：水资源缺乏、水污染严重等问题正成为威胁人类生存安全、影响社会经济发展的全球性问题，如何有效地处理污水废水，产生清洁用水，实现水资源再利用，已成为全球学者共同关注和研究的热点问题。膜法处理是主要的水处理方法之一，具有占地面积小、自动化程度高、去除污染物范围广、工艺流程短等特点，被称为21世纪最具发展前景的高新技术之一，在解决水安全问题上的受重视程度越来越高。
目前工业化应用较多的膜处理技术有微滤、超滤、纳滤、反渗透(RO)和电渗析等，FO技术以其不需要外加动力、能耗低、膜污染轻等特有的优势正受到越来越多的关注，已经成为目前水处理研究的新热点。
早期对于FO过程的研究主要集中在食物、水和能源行业。2005年，Elimelech等将NH3-CO2体系作为汲取液应用于FO脱盐过程，掀起了FO工艺研究和产业化发展的新热潮。大量研究FO工艺的文章和专利在接下来几年陆续发表。
关于FO的研究主要集中在几个领域：高性能FO膜的制备和性能优化、传质分析、膜表征、膜污染以及汲取液类型的选择和新汲取液的开发。同时，汲取液回收和再生、FO膜与其他类型膜的组合工艺的开发和应用也逐渐成为研究热点。
1 FO原理
FO过程是一种广泛存在的物理现象，它以选择性分离膜两侧的渗透压差为驱动力，溶液中的水分子从原料液(高化学势)通过选择性分离膜向汲取液(低化学势)传递，而溶质分子或离子被阻挡在膜的一侧，最终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、热挥发等方法获取产品纯水，并使汲取液得到浓缩。
若在渗透压差的反方向上施加压力，并且压力小于渗透压差，水分子依然是从原料液扩散到汲取液，这种渗透过程称为压力阻尼渗透(PRO)，是介于FO和RO过程的中间过程。FO独特的运行原理使其具有低能耗、低运行成本的优势。另外，FO技术的分离能力强，对污染物有较高的截留率;且膜污染几乎为可逆污染，易清洗和重复使用。因此，FO分离技术作为一种新兴的膜分离技术拥有巨大的应用前景。
2FO过程的影响因素
2.1 汲取液
汲取液为FO过程提供驱动力，是影响FO过程顺利进行的关键组成部分。最佳汲取液的选择和汲取液的回收利用是研究的热点和难点。理想的汲取液应能够为FO过程提供高渗透压，并具有较小的溶质反向扩散通量，易于回收再利用，价廉无毒。早期被用作汲取液溶质的主要是挥发性气体(如SO2)、糖类物质和部分无机盐。利用挥发性气体配制的汲取液进行海水淡化时，稀释后的汲取液可通过加热或气体吹扫方法去除挥发性气体。
Elimelech等用NH3和CO2混合溶液作为汲取液，NH3-CO2的良好溶解性为FO过程提供了较高的渗透压，实现了高通量和高回收率;NH3-CO2 汲取液可通过低温蒸馏去除溶液中的NH3和CO2，实现产水与汲取液分离。采用Al2(SO4)3作为汲取液溶质时，可通过投加Ca(OH)2 使其沉淀，从而获得纯净水，多余的Ca(OH)2用H2SO4或CO2去除。Liu等在Al2(SO4)3汲取液中加入硅壳结构的磁性纳米颗粒，利用磁场作用将凝胶状的汲取液溶质与水分离。
亲水性和磁性纳米颗粒作为新型汲取液溶质被应用于FO过程，后处理时只需要通过磁力分离器对汲取液进行回收。应用纳米颗粒作为汲取液的优势在于溶质反混现象较轻且回收过程简单，缺点是纳米颗粒在回收过程中易发生集聚现象，虽然可通过超声法进行分离，但是颗粒磁性和回收率都会受到影响。
Wang的团队将一种刺激响应性聚合物水凝胶作为汲取液，这种聚合物水凝胶可以在溶胀的时候吸收含盐原料液中的水分;通过液压或加热使汲取液消溶胀后，水分便得到释放。为了提高溶胀率和水分吸收能力，他们又将吸光碳颗粒加入聚合物水凝胶中，水通量得到进一步提高。
FO过程最常用的汲取液仍是简单的无机盐，如NaCl、MgSO4和KHCO3溶液等，这些简单无机盐溶液可产生较高渗透压，同时颗粒粒径较小，内浓差极化现象较轻。然而，Mg2+、SO42-、CO32-易在膜上结垢造成膜污染，在使用上受到限制。NaCl由于溶解性好、个性参数明确、成本低等特点而被广泛应用于FO过程，并且NaCl作为海水的主要成分，为海水淡化或发电提供基础研究。
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