基于正渗透的水处理黑科技：OsMBR与OsMFC
间接脱盐使用高盐度水作为汲取液，进水一般采用待处理受损水体，如排放废水和城市雨洪径流。海水和苦咸水是潜在的汲取液。最吸引人的是能使用自有渗透能量净化进水，稀释汲取液，再进一步用低压反渗透（LPRO）脱盐，这就是FO-LPRO混合工艺，从而降低整体成本。
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项目 |
自然海水 |
渗透稀释后海水 |
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TDS/ppm |
35,627 |
11,876 |
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渗透压/bar |
26.14 |
8.17 |
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SWRO具体能耗/ kWh·m-3 |
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元件数量：1 |
12.23 |
5.49 |
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元件数量：7 |
7.74 |
2.80 |
渗透压和SWRO具体能耗关系表
FO工艺还能用于处理一级废水处理排水，比使用常规处理工艺更为经济。FO膜能去除废水中的营养物质，尤其是COD和磷酸盐。另外，部分海水淡化使用浸没式膜组件的研究使FO工艺更易于被初级澄清池采用，还证明了FO膜对水中的重金属有高去除率（约98%）。对FO膜污垢层中的有机碳组分分析表明，污垢主要是生物聚合物和蛋白质类物质。其结果类似于市政废水处理中的渗透膜生物反应器。但FO工艺在处理废水时还未见使用预处理工艺的报道。原因大概是FO工艺一般被用于浓缩废水的预处理工艺。
当FO工艺与LPRO工艺耦合使用时，对特定的微量污染物（包括药品类、激素和其他微量有机污染物）就形成了双层去除效果。实际条件下，市政二级出水作为进水，海水作为汲取液，FO膜能去除大多数微量污染物：亲水性中性化合物去除率适中（44%-95%）、疏水性中性污染物去除率适中（48%-92%），亲水性离子污染物去除率高（96%-99%）。耦合工艺对低分子量的亲水性中性物的去除非常有效，去除率超过89.1%，其他化合物的去除率更高于99%。
膜生物反应器（MBR）包括生物活性污泥工艺和膜过滤，已成为一个最常见的应用在许多类型的废水处理上的技术。FO和MBR一体化可以降低传统MBR的能耗。在过去的五年中，已经开始研究新型FO-MBR或渗透膜生物反应器（OsMBR）。OsMBR工艺不仅可以降低压力驱动膜过程的能源成本（如微滤或超滤）以及传统MBR空气冲刷的污染控制，而且还提供了一个更可持续的产水通量和更可靠的污染物去除性能。这是由于OsMBR中的FO膜不采用液压压力，具有较低的结垢倾向和较好的分离能力。
在市政污水处理过程中，FO工艺与膜蒸馏（MD）工艺结合使用对污水进行处理。在连续运行中，回收率高达80%，能够达到稳定的出水通量。FO能高效去除大多数有机污染物，同时MD去除残留的污染物，使这一混合工艺近乎实现全部去除的效果。还测试了一种光伏供电的正渗透-电渗析（FO-ED）工艺，能够从二级处理排水中回收水。该工艺能高效去除进水中的总有机碳并制备淡水。利用自然能量（渗透压和太阳能），这种混合动力系统有利于在隔离区、边远地区和岛屿上提供饮用水。
经测试，FO可用于营养丰富的厌氧消化池浓缩脱水。RO工艺用来从干净的稀释汲取液（如NaCl溶液）中回收淡水，而有机化合物被FO工艺去除。FO工艺也可用于活性污泥脱水。试验用EDTA钠盐作为一种可行的汲取液用于高营养的污泥脱水。FO工艺成功地除去了污泥中的营养物质。高分子汲取液（如基于EDTA盐）可以由NF工艺后处理回收淡水。达到良好的污泥浓缩效率。除了减少污泥产量降低了运输和处理成本，RO浓水也得到了渗透稀释，可以安全地处置，减少对环境的消极影响，这一直是传统的RO工艺中的一个问题。
近年来，将FO结合进微生物燃料电池（MFC）的概念兴起，命名为渗透微生物燃料电池概念（OsMFC），实验室小试正在进行，但已经显示出广阔的前景。间接脱盐中，浓缩废水，稀释海水，再进行后续的后处理，相比FO间接脱盐，OsMFC可以同时实现水提取、废水生物处理、产水生物能源。OsMFC还比传统的MFC具有高能量密度。
此外，化肥驱动的FO是一种水回收和再利用的新颖应用。混合肥料作为汲取液（即施肥液）。初步试验表明，1公斤化肥可以从海水中提取淡水11-29L。除了海水，其他受损水体也可以用作进水，肥料做汲取液，而FO膜可以去除水中污染物。
由于FO工艺依赖天然渗透压作为驱动力，可用于应急供水，尤其在没有电力或其他能源的情况下。有研究显示，只使用FO工艺，糖和盐的混合溶液作为汲取液，稀释后的汲取液可以作为能量饮料。正在探索在救灾行动、军事演习和太空任务中实际应用这一概念。
不同于OsMFC，NASA已经创造了一个包含FO的新工艺，即利用膜外壳生长藻类，生产清洁的生物能源。在这个工艺中，淡水藻类和市政污水通过封闭的塑料袋子进入FO膜。藻类吸收大气中的二氧化碳和污水中的营养物质，产生生物燃料和氧气。所用的FO膜允许大气和外壳之间的二氧化碳和氧气的交换，淡水从污水中进入到海水汲取液中，而营养物留在封闭的袋子里。
应用于受损水体处理和回收的另一个主要部分是工业废水。美国一家公司已经成功地试验了基于正渗透的中试系统，对印染纺织品和地毯的工厂废水进行回收。另一个FO应用是去除工业废水或其他受损水体中的重金属。研究了水动力条件、有机物污染、温度、进水和汲取液性质的影响。FO膜对金属（如铅、锌、铜、镉）几乎完全去除，表明其是工业废水处理的一个潜在的方便且经济的方法。
目前，大多数应用于工业废水处理的FO应用已被专门用于油气行业的水处理和回收。试验表明FO工艺对乳化油水混合物分离能力好。定制的TFCFO膜能从高浓度（200000 ppm）的合成油溶液中回收淡水，通量维持在合理的范围，约11.8L/m2·h。从实验室到商业规模的一些测试已经可以真正的直接从油气行业制水。在一个封闭的循环中，FO结合RO工艺已被用于回收天然气勘探中的钻井污水，每天能够回收242,000加仑钻井污水，从而减少了需要额外的新鲜水补给水。不同的研究人员和公司还进行了类似的研究和应用，分别使用不同的膜材料、膜组件、汲取液和工艺配置。FO工艺能达到的主要的好处是：废水减量、对淡水的需要大大降低；进水溶液的溶解性污染物浓度大于10000 ppm时，精心设计的FO工艺可以在经济上超越RO工艺，有机和无机污染物得到了高效去除。然而，由于产水中有机和无机化合物的复杂性，可能需要比较复杂的预处理工艺。
参考文献：
Forward osmosis niches in seawater desalination and wastewater reuse, R. Valladares Linares, Z. Li, S. Sarp, Sz.S Bucs, G. Amy, J.S. Vrouwenvelder a, Water Research 2014, 66:122-139