任駿鵬，NGO Huu Hao，李文凱，李鵬宇，劉俊新，鄭天龍

（1. 天津城建大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院，天津 300384；2. 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，北京 100085；3. 悉尼科技大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，澳大利亞 悉尼市 2007）

我國(guó)水資源嚴(yán)重短缺，農(nóng)業(yè)總用水量占全國(guó)總用水量的60%以上，但其用水效率不高，因此提高農(nóng)業(yè)用水效率或開發(fā)可替代農(nóng)業(yè)灌溉用水的水源是解決水資源短缺的重要途徑。我國(guó)每年污水排放量近千億t，但其作為非常規(guī)水資源回用率不足15%，因此就近回收污水中的凈水并用于農(nóng)業(yè)灌溉具有廣闊地應(yīng)用前景。但常規(guī)污水處理工藝對(duì)微污染有機(jī)物（抗生素、內(nèi)分泌干擾物等）、病原體和重金屬離子等去除或截留能力有限[1?3]，處理后出水用于農(nóng)作物灌溉存在潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)。

化肥驅(qū)動(dòng)正滲透（fertilizer driven forward osmosis，F(xiàn)DFO）處理污水工藝是以化肥溶液為汲取液(draw solution，DS)，污水為進(jìn)料液（feed solution，F(xiàn)S），從而依靠選擇性正滲透膜兩側(cè)的滲透壓差為驅(qū)動(dòng)力自發(fā)實(shí)現(xiàn)水分子由污水向DS傳遞的膜分離濃縮過(guò)程。該工藝具有能耗低、污染物截留率高和膜污染傾向低等特點(diǎn)，能有效的截留污水中的微污染有機(jī)物（抗生素、內(nèi)分泌干擾物等）[3]、病原菌[4]和重金屬離子[5]等污染物。同時(shí)，化肥DS在FDFO工藝處理污水過(guò)程中會(huì)被逐步稀釋，當(dāng)濃度適宜（氮15～200 mg·L?1、磷 5～60 mg·L?1、鉀 8～250 mg·L?1[6?7])時(shí)可直接用于水肥一體化農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)，從而一定程度解決水資源短缺，實(shí)現(xiàn)污水處理與農(nóng)業(yè)灌溉有效協(xié)同。

目前，F(xiàn)DFO處理生活污水處于實(shí)驗(yàn)室小試[1,3,8?15]和部分現(xiàn)場(chǎng)中試階段[16?17]。規(guī)模化過(guò)程中面臨的挑戰(zhàn)主要在于：與開發(fā)更高水通量和選擇性的正滲透膜相比，提高膜污染緩解技術(shù)水平、優(yōu)化膜表面流體流態(tài)和改進(jìn)膜裝置設(shè)計(jì)對(duì)提高正滲透工藝性能更具可行性[18]。因此，本文結(jié)合近10年FDFO處理生活污水的研究進(jìn)展，綜述了FDFO工藝的裝置類型與工藝流程、評(píng)價(jià)指標(biāo)和其影響因素的研究現(xiàn)狀，并對(duì)FDFO處理生活污水規(guī)?；膽?yīng)用前景進(jìn)行了展望。

1 研究現(xiàn)狀

1.1 膜裝置

正滲透膜裝置有板框式、螺旋式和中空纖維式3種類型，且膜裝置類型影響工藝性能。與螺旋式相比，板框式通道內(nèi)更低的DS壓降使可串聯(lián)膜單元的數(shù)量更多，進(jìn)而單位膜面積占地更小[19]，且板框式水通量下降更低、污染物截留率高，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行（FS：二沉池出水，DS：NaCl）[20]；螺旋式中膜的彎曲使膜支撐層的結(jié)構(gòu)參數(shù)增加，傳質(zhì)系數(shù)減半，嚴(yán)重影響膜性能[21?22]；以 NaCl溶液為FS/DS, CORZO et al[23]對(duì)3種商業(yè)化膜裝置進(jìn)行性能分析發(fā)現(xiàn)其水通量大小關(guān)系為：板框式>螺旋式>中空纖維式，且中空纖維式（三醋酸纖維(cellulose triacetate，CTA)膜）鹽截留率更低。由上可知，板框式膜裝置更適合FDFO處理污水。

FDFO處理污水以采用板框式膜裝置為主，見表1和表2。

表1 FDFO處理污水過(guò)程中主要的水質(zhì)參數(shù)、工藝條件和對(duì)應(yīng)的三醋酸纖維素正滲透膜性能

續(xù)表 1

表2 FDFO處理污水過(guò)程中主要水質(zhì)參數(shù)、工藝條件和對(duì)應(yīng)的復(fù)合正滲透膜性能

板框式膜裝置有實(shí)驗(yàn)室小試裝置及商業(yè)化中試裝置兩類，按所含F(xiàn)O膜片的數(shù)量，實(shí)驗(yàn)室小試裝置有單膜式與雙膜式（浸沒(méi)式）2種，有效膜面積不超過(guò)350 cm2，膜裝置可采用網(wǎng)格墊片[13]或在通道內(nèi)設(shè)置導(dǎo)流板[8]；商業(yè)化裝置（膜裝置內(nèi)僅FS側(cè)有網(wǎng)狀墊片）為多膜式，膜組件由33個(gè)單元組成，每個(gè)單元含有2片F(xiàn)O膜，總有效膜面積為7 m2[16，20]，膜裝置總有效膜面積因含膜組件的數(shù)量而變化。實(shí)驗(yàn)室小試裝置及商業(yè)化裝置均已應(yīng)用于FDFO處理污水。

1.2 工藝流程

本節(jié)重點(diǎn)以板框式膜裝置為例，從FS/DS是否循環(huán)及流向兩方面詳細(xì)介紹FDFO處理污水的工藝流程。在FS/DS是否循環(huán)方面：實(shí)驗(yàn)室小試裝置膜有效面積小，F(xiàn)S或DS不循環(huán)時(shí)汲取的水量對(duì)FS的濃縮或DS的稀釋影響較小，因此實(shí)驗(yàn)室小試實(shí)驗(yàn)的工藝流程中FS或DS通常為循環(huán)狀態(tài)，且為減少FS供給的能耗，可使FS為靜止?fàn)顟B(tài)；商業(yè)化中試裝置采用FS不循環(huán)，被稀釋DS經(jīng)納濾處理后的濃縮液重復(fù)作為DS的工藝流程。在FS/DS流向方面：實(shí)驗(yàn)室小試單膜式裝置有并流與逆流2種形式，而實(shí)驗(yàn)室雙膜式小試裝置FS為靜止?fàn)顟B(tài)，DS為流動(dòng)狀態(tài)，商業(yè)化中試裝置有并流與錯(cuò)流2種形式，但錯(cuò)流形式尚未應(yīng)用于FDFO處理污水；流向?qū)DFO處理污水工藝性能的影響無(wú)直接研究，但以去離子水（deionized water, DIW）/NaCl為FS，NH4HCO3/ NaCl/KCl為 DS 的研究[24?27]表明，流向的差異對(duì)水通量無(wú)顯著影響（不超過(guò)10%）。簡(jiǎn)而言之，依據(jù)膜裝置所含膜片的數(shù)量，實(shí)驗(yàn)室小試實(shí)驗(yàn)的工藝流程可分為單膜循環(huán)并流式[9?10，28]、單膜循環(huán)逆流式[1，3，11?12]、雙膜循環(huán)式[8，13?14，29]和雙膜不循環(huán)式[15]4種，中試實(shí)驗(yàn)的工藝流程為多膜半循環(huán)并流式[16]。

1.3 測(cè)試條件

FDFO的測(cè)試條件主要可分為膜類型、污水水質(zhì)、化肥DS和其他條件4方面。

1.3.1 膜類型 FO膜可分為CTA膜、復(fù)合（thin-film composite，TFC）膜、水通道蛋白膜和自制膜4類，但CTA及TFC膜常用于FDFO處理污水的實(shí)驗(yàn)，采用的正滲透膜多為Hydration Technology Innovations公司的CTA膜，其余有Fluid Technology Solution 公司的CTA膜、Toray Industry公司、Hydration Technology Innovations公司和Porifera公司的TFC膜。

1.3.2 污水水質(zhì) FDFO處理的污水有模擬污水和實(shí)際污水。其中模擬污水有模擬生活污水和模擬市政污水，實(shí)際污水有厭氧膜生物反應(yīng)器進(jìn)水與出水、膜生物反應(yīng)器上清液與出水、一級(jí)出水、二級(jí)出水、原污水及中水。

1.3.3 化肥DS 根據(jù)DS溶質(zhì)數(shù)量的不同，化肥DS可分為單一溶質(zhì)、等摩爾濃度混合溶質(zhì)和多組分溶質(zhì)3類，單一溶質(zhì)有11種，以摩爾濃度和滲透壓衡量其濃度；等摩爾濃度混合溶質(zhì)有4種；多組分溶質(zhì)有復(fù)合肥及液肥2種，復(fù)合肥濃度以摩爾濃度和質(zhì)量濃度衡量；液肥濃度以體積百分?jǐn)?shù)或滲透壓衡量。

1.3.4 其他條件 多數(shù)實(shí)驗(yàn)在工藝運(yùn)行中不控制FS/DS的滲透壓，而CHEKLI et al[17]添加自來(lái)水使FS滲透壓不變；XIE et al[3]保持DS滲透壓恒定測(cè)定恒滲透壓水通量；CORZO et al[23]保持FS、DS的滲透壓分別為0.2 Mpa、1.0 Mpa，以測(cè)定DS溶質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)化反向鹽通量。除少數(shù)研究未指明膜朝向，一般均使膜活性層朝向FS，且實(shí)驗(yàn)采用水浴加熱或在控溫實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，使FS/DS的溫度處于20 或 25 ℃。

2 評(píng)價(jià)指標(biāo)

FDFO處理污水的工藝性能可從污水處理效果、化肥DS、膜污染和經(jīng)濟(jì)性4方面評(píng)價(jià)，見表3。

表3 FDFO處理污水主要工藝性能評(píng)價(jià)指標(biāo)

在污水處理效果評(píng)價(jià)方面，包括污染物截留、被汲取的難易及溶質(zhì)積累3方面的工藝性能評(píng)價(jià)。污染物截留可用截留率和污染物通量評(píng)價(jià)[1，10]；污水被汲取的難易可用比水通量、累積回收水體積或水回收率評(píng)價(jià)，比水通量[11]和累積回收水體積[13?14]可評(píng)價(jià)不同類型污水中凈水被汲取的難易程度，水回收率[9，28]評(píng)價(jià)污水被濃縮的程度；溶質(zhì)積累程度用某一溶質(zhì)在污水被濃縮前后的溶質(zhì)積累、溶質(zhì)積累百分比或濃縮效應(yīng)評(píng)價(jià)，由于溶質(zhì)積累為濃縮效應(yīng)和DS溶質(zhì)反向滲透共同造成，兩者對(duì)溶質(zhì)積累的貢獻(xiàn)可用溶質(zhì)積累百分比表達(dá)[13?14]。

在化肥DS溶質(zhì)評(píng)價(jià)方面，包括溶質(zhì)反滲透、汲取能力和直接澆灌可行性3方面的工藝性能評(píng)價(jià)。溶質(zhì)反滲透常用反向溶質(zhì)通量[20]（reverse solute flux, RSF）、比反向溶質(zhì)通量[29]（specific reverse solute flux, SRSF）、反向鹽通量選擇性[9]（reverse salt flux selectivity, RSFS）或營(yíng)養(yǎng)鹽損失率[13]評(píng)價(jià)，RSF表示單位時(shí)間DS溶質(zhì)通過(guò)單位膜面積滲透至污水中的質(zhì)量，而為衡量從污水中回收水量與化肥DS溶質(zhì)反向滲透至污水而損失質(zhì)量的關(guān)系，通常用SRSF表示每回收1 L水化肥DS溶質(zhì)損失的量，也可用RSFS表示每損失單位質(zhì)量化肥DS溶質(zhì)回收的水體積；化肥DS溶質(zhì)的汲取能力可用平均水通量、初始水通量、比水通量和累積回收水體積評(píng)價(jià)；稀釋后化肥DS直接澆灌可行性可用稀釋因子[11]或稀釋率[13]評(píng)價(jià)，稀釋因子表示化肥DS被稀釋的倍數(shù)，而稀釋率可直觀反應(yīng)回收水體積與理論所需水體積的關(guān)系。

在膜污染評(píng)價(jià)方面，包括膜通量下降與膜污染清洗兩方面的工藝性能評(píng)價(jià)。膜通量下降可用水通量下降百分比表示，在不控制污水和化肥DS滲透壓時(shí)，膜水通量的下降是由濃縮效應(yīng)、稀釋效應(yīng)和膜污染共同引起的，為衡量膜污染對(duì)水通量下降的影響，首先需以與污水等離子強(qiáng)度但不含污染物的溶液為FS，進(jìn)行基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)，以測(cè)試基準(zhǔn)水通量下降百分比[30]，該指標(biāo)表示濃縮效應(yīng)和稀釋效應(yīng)引起的通量下降[31]。然后以污水為FS，測(cè)試膜污染條件下水通量下降百分比，因此，上述2個(gè)指標(biāo)的差值即為膜污染造成的膜水通量下降；污染膜的清洗效果常用水通量恢復(fù)率衡量[30]。

在經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)方面，包括能耗和規(guī)模應(yīng)用成本兩方面的工藝性能評(píng)價(jià)。能耗采用比能耗[29]（回收單位體積水泵所消耗的能量）表示，常用于小試實(shí)驗(yàn)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)；規(guī)模應(yīng)用成本采用單位體積水回收成本（總成本與總回收水體積的比值）表示[11]，常用于規(guī)模應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)。

3 工藝影響因素

3.1 工藝構(gòu)成

3.1.1 膜裝置尺寸 板框式膜裝置尺寸（膜有效面積的長(zhǎng)、寬和對(duì)應(yīng)的通道高度）影響污水處理效果、化肥DS的性能和工藝的經(jīng)濟(jì)性。目前無(wú)膜裝置尺寸對(duì)FDFO處理污水工藝性能影響的直接研究，相關(guān)研究?jī)H為模擬實(shí)驗(yàn)。XUE et al[32]（DS：模擬海水、FS：模擬市政污水）構(gòu)建的模型預(yù)測(cè)結(jié)果表明，膜長(zhǎng)（0～25 m）增加，回收水體積、水回收率和FS濃縮倍數(shù)增加，但FS溶質(zhì)截留率減少，且膜長(zhǎng)為10 m時(shí)水通量達(dá)到最大值，超過(guò)15 m后急劇下降；而 LEE et al[33]（FS：DIW，DS：NaCl）的空間變化模型表明，膜長(zhǎng)增加（0.5～2.5 m），水通量和RSF均逐漸降低，且膜長(zhǎng)與資本投入直接相關(guān)。膜寬度增加（0.1～0.3 m），水通量和RSF變化不超過(guò)4%[33]。低的通道高度（1～2 mm）加速FS的濃縮和DS的稀釋，從而導(dǎo)致水通量相對(duì)較低和膜裝置下游水通量的急劇下降，且在不考慮膜污染和營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)晶沉淀的條件下，通道高度增加，比水通量和FS溶質(zhì)截留率增加，水回收率和FS溶質(zhì)濃縮因子減小[32]。由上可知，膜裝置的長(zhǎng)、寬、高作為獨(dú)立因子考察時(shí)，長(zhǎng)和高對(duì)工藝性能有顯著影響，但不應(yīng)忽略流量一定時(shí)，寬與高共同決定流速，即寬與高有交互作用。因此,在研究膜裝置尺寸對(duì)FDFO處理污水工藝性能的影響時(shí)，在考慮其對(duì)污水處理效果、化肥DS、膜污染和經(jīng)濟(jì)性影響的同時(shí)，應(yīng)注意寬與高的交互作用。

3.1.2 污水水質(zhì) 污水水質(zhì)對(duì)FDFO工藝在污水處理效果、化肥DS、膜污染和經(jīng)濟(jì)性4方面均可產(chǎn)生顯著影響。就污水處理效果而言，污水中某種溶質(zhì)的濃度是否超過(guò)某一閾值可能決定溶質(zhì)積累的主因是濃縮效應(yīng)或是RSF，例如：一級(jí)出水（K+：128.4±3.6 mg/L）為 FS，液肥 (K+：43 100±2 800 mg/L)為DS，濃縮效應(yīng)是K+溶質(zhì)積累的主因[14]，而中水（K+：10.5±1.2 mg/L）為 FS，復(fù)合肥（K+：715 mg/L）為DS，RSF為K+溶質(zhì)積累的主因[13]；在化肥DS方面，污水水質(zhì)影響化肥DS的水通量和RSF。與DIW相比，中水作為FS時(shí)其初始水通量明顯降低[13]，二級(jí)出水或灰水為FS時(shí)，液肥的RSF有所降低[3，14]，且污水水質(zhì)可能影響濃度對(duì)初始水通量的增幅：當(dāng)NH4H2PO4或（NH4）2HPO4的濃度從 1 mol增加至2 mol，厭氧膜生物反應(yīng)器出水為FS時(shí)，初始水通量增幅在20%以上（使用CTA膜）[10]，而模擬市政污水為FS時(shí)增幅低于5%（使用TFC膜）[9]。污水水質(zhì)相近時(shí)其平均水通量、比水通量基本相同，但水質(zhì)差異較大（例如膜生物反應(yīng)器上清液與原污水）時(shí)，原污水使比水通量急劇下降[11，14]，進(jìn)而減小化肥DS的稀釋率[11]；在膜污染方面,污水水質(zhì)決定了水通量下降的主因：當(dāng)FS為MBR上清液、MBR出水時(shí)，水通量下降的主因是稀釋效應(yīng)，當(dāng)FS為原污水時(shí)，水通量急劇下降的主因是膜污染[11]；在經(jīng)濟(jì)性方面，污水影響回收單位體積水的能耗：從活性污泥處理前一級(jí)沉淀池出水中回收單位體積水的能耗高于活性污泥處理后二級(jí)沉淀池出水[14]。簡(jiǎn)而言之，污水與化肥DS共有離子的濃度影響溶質(zhì)積累及化肥DS的RSF，污水中可形成膜污染物質(zhì)的濃度影響膜污染，進(jìn)而通過(guò)膜污染影響化肥DS汲取水的能力，最終導(dǎo)致回收單位體積水的能耗不同。

3.1.3 化肥DS 化肥DS不同對(duì)污水中有機(jī)物的截留無(wú)顯著影響，但對(duì)化肥DS性能和膜污染的作用效果具有差異。

對(duì)污水中有機(jī)物的截留：KCl、NH4H2PO4和(NH4)2HPO4分別為DS時(shí)，污水中不同有機(jī)微污染物（阿特拉津、咖啡因等）通量不同，但每種有機(jī)微污染物的截留率為91.8%～99.7%[10]，且KCl、KNO3和KH2PO4分別為DS時(shí)，污水中溶解性有機(jī)物的截留率均高于97%（不能截留部分低分子量的電中性有機(jī)物）[1]。

化肥DS主要在純度、溶質(zhì)種類和溶質(zhì)數(shù)量3方面影響水通量、RSF等化肥DS性能。就化肥DS的純度而言，當(dāng)復(fù)合肥中不溶性顆粒物不離心去除，直接用作DS時(shí)，其初始水通量可減少5倍[13]，而液肥中的腐殖酸（不超過(guò)2 g/L）對(duì)水通量、RSF無(wú)明顯影響[3]。單一溶質(zhì)DS因溶質(zhì)種類不同其水通量及RSF差異較大，KCl、NH4Cl和NH4SO4等平均水通量較高[9,28]，KH2PO4、NH4H2PO4等RSF 較小[1,9?10,12]；DS 為等比例混合溶質(zhì)時(shí)其初始水通量通常高于單一溶質(zhì)，低于2種單一溶質(zhì)單獨(dú)作為DS的初始水通量之和[9]，但尿素+KNO3、尿素+NaNO3和(NH4)2SO4+KNO3等比例混合時(shí)其初始水通量大于2種單一溶質(zhì)單獨(dú)作為DS的水通量之和；在等滲透壓或等質(zhì)量濃度條件下，與單一溶質(zhì)DS相比，復(fù)合肥或液肥的平均水通量較低[28]，但復(fù)合肥各溶質(zhì)的RSF較小。且混合2種或2種以上的肥料雖有助于降低最終營(yíng)養(yǎng)鹽濃度[9]，但作用較小，仍無(wú)法滿足直接澆灌要求（氮：15～200 mg/L、磷：5～60 mg/L、鉀：8～250 mg/L)。

在膜污染方面，不同化肥DS溶質(zhì)影響膜通量下降及膜清洗效果：與KCl、KH2PO4相比，KNO3為DS膜生物污染最嚴(yán)重，使水通量下降60%[1]；厭氧池出水為FS時(shí)，與NH4H2PO4、KH2PO4相比，KCl為DS膜的清洗效果最好[12]?；蔇S的選取除考慮其在污水處理效果、化肥DS性能和膜污染等方面的影響外，還應(yīng)注意其灌溉農(nóng)作物及其生長(zhǎng)期不同所需營(yíng)養(yǎng)鹽的差異，從而科學(xué)地應(yīng)用化肥DS，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量。

3.2 運(yùn)行參數(shù)

3.2.1 溫度 目前溫度對(duì)正滲透工藝性能影響的研究多為理論研究[3,34?38]，未見直接探究溫度對(duì)FDFO處理污水工藝性能影響的研究，但溫度對(duì)FS/DS物質(zhì)的截留能力、DS的汲取能力和膜污染均有影響。

溫度對(duì)截留能力的影響主要表現(xiàn)為對(duì)FS中溶質(zhì)的截留率和DS溶質(zhì)反滲透的影響，且溫度對(duì)兩者的影響因FS或DS的濃度或溶質(zhì)等不同而具有差異:溶質(zhì)為無(wú)機(jī)離子，該差異可能主要是膜兩側(cè)雙向傳遞離子間的電中和效應(yīng)[39]和靜電相互作用[40]引起的；溶質(zhì)為有機(jī)物時(shí)，該差異與有機(jī)物是否帶電有關(guān)[2]。例如，在對(duì)FS中溶質(zhì)截留方面：NaCl為 DS，模擬灰水為 FS，溫度升高 (20～50 ℃)，NO3?、NH4+、TN和Mg的截留率最高分別減少4.3%、1.2%、2.6%和2.5%，但表面活性劑直鏈烷基苯磺酸鈉的截留率不隨溫度變化，而KCl為DS，NaCl為FS時(shí)，NaCl的截留率隨溫度的變化與KCl的濃度有關(guān)[34]；在對(duì)DS溶質(zhì)反滲透影響方面：以商業(yè)肥為DS，背景電解質(zhì)溶液（20 mmol/L NaCl和1 mmol/L NaHCO3）為 FS，RSF 隨溫度的增加（5～45 ℃）而增加[3]，但 KCl為 DS，DIW/NaCl為FS 時(shí)，溫度升高（25～45 ℃），RSF 和 SRSF 均先減小后增加，在 35 ℃有最小值[34]。

溫度主要通過(guò)改善膜邊界層的質(zhì)量擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)[37]影響水通量。當(dāng)FS與DS等溫時(shí)（FS：背景電解質(zhì)溶液，DS：商業(yè)肥），溫度從 5 增至 45 ℃，水通量增加4倍[3]；當(dāng)FS與DS存在溫差（FS：模擬灰水，DS：NaCl），溫度增加至不超過(guò) 30 ℃ 時(shí)，僅加熱FS為提高水通量的最佳選擇，當(dāng)增溫至40 ℃/50 ℃，F(xiàn)S和DS等溫對(duì)水通量的增加更有效[34]，且實(shí)驗(yàn)及溶質(zhì)擴(kuò)散模型均表明，升溫比增加DS濃度更能有效提高水通量[35,38]，而且通過(guò)升溫增加水通量有利于提高化肥DS直接用于澆灌的可行性。此外，溫度亦影響膜污染。以海藻酸鈉為FS，NaCl為DS，溶液等溫變化(20～50 ℃)，溫度越高，回收等體積水膜通量下降越急劇，而FS與DS不等溫時(shí)，較高的DS溫度使膜通量下降更嚴(yán)重。

由上可知，F(xiàn)S/DS的溫度是影響正滲透工藝性能的重要參數(shù)。在規(guī)模應(yīng)用中改變大量FS/DS的溫度可行性較低，但仍需注重對(duì)FS/DS溫度的控制，以提高FDFO處理污水工藝的工藝性能，例如：在修建FDFO處理污水工藝系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)考慮到夏天增加FS/DS與環(huán)境的接觸以提高其溫度，而冬天則需采取保溫措施。

3.2.2 DS初始濃度 DS初始濃度的變化影響污水處理效果、化肥DS性能、膜污染和工藝經(jīng)濟(jì)性。

在污水處理效果方面，DS初始濃度的變化影響污水的回收率、溶質(zhì)積累等，但對(duì)部分有機(jī)污染物的截留沒(méi)有影響。例如：當(dāng)KCl等9種溶質(zhì)分別為DS時(shí)，DS初始濃度增加，除NH4Cl和NH4H2PO4的水回收率增幅為負(fù)值外，水回收率（濃縮率）增幅在2%～28.8%不等[9]，但DS初始濃度增加使RSF升高，從而增加了RSF對(duì)溶質(zhì)積累的貢獻(xiàn)[29]；（NH4）2HPO4等為DS，含有機(jī)微污染物模擬水為FS，污水中有機(jī)微污染物（咖啡因等）正向通量及截留率與DS濃度無(wú)明顯關(guān)系[10]。對(duì)于化肥DS性能，DS初始濃度影響DS的汲取能力、溶質(zhì)反滲透和稀釋后化肥DS直接澆灌的可行性。DS初始濃度增加，初始水通量[9?10,13,28]、比水通量[13,28]和平均水通量[10,11]均相應(yīng)增加，且因膜支撐層側(cè)內(nèi)濃差極化與DS初始濃度為正相關(guān)關(guān)系，DS初始濃度越高，比水通量下降越快[13,28]，但DS初始濃度對(duì)累積回收水體積和溶質(zhì)反滲透的的影響因DS溶質(zhì)不同而具有差異。例如：當(dāng)KCl、復(fù)合肥或液肥等為DS時(shí)，DS初始濃度增加，累積回收水體積及RSF升高且增幅明顯[10,13?14,28?29]，但（NH4）2HPO4 為 DS（DIW為FS），DS初始濃度從1 mol/L增至2 mol/L，累積回收水體積相當(dāng)，RSF略微降低，SRSF在1mol/L時(shí)有最小值（DS 初始濃度為 0.5～2.0 mol/L）[10，29]。DS初始濃度的增加使回收水體積的增幅遠(yuǎn)低于理論所需水體積的增幅，因此DS的稀釋率隨DS初始濃度的增大而減小[13]，即：DS初始濃度越高，稀釋后化肥DS用于直接澆灌的可行性越低。FDFO處理污水的研究中暫無(wú)DS初始濃度對(duì)膜污染影響的相關(guān)研究，但NaCl為DS，曝氣沉砂池污水為FS時(shí)，DS初始濃度越高（0.5～4 mol/L），比水通量開始急劇下降的時(shí)長(zhǎng)越短，即過(guò)高的DS初始濃度加速膜通量下降[41]，但DS初始濃度的增加降低了回收單位體積水的能耗[14，28]。

由上可知，DS初始濃度的選取至少應(yīng)平衡污水處理效果、化肥DS性能、膜污染和工藝經(jīng)濟(jì)性4方面，以控制FDFO處理污水的工藝性能在適宜的范圍內(nèi)。

3.2.3 流速/流量 流速/流量的大小直接與經(jīng)濟(jì)性（能耗）相關(guān)，且流速/流量通過(guò)改變膜邊界層的流態(tài)，影響污水處理效果、化肥DS性能和膜污染。流速/流量的增加，伴隨著比能耗的急劇增加[13?14，28]，即：過(guò)高的流速/流量不但造成能源利用率的急劇下降，而且不利于提高FDFO的工藝性能。流速/流量對(duì)污水處理效果和化肥DS性能的影響有FS與DS等流速/流量與不等流速/流量2種情況。當(dāng)FS和DS等流量時(shí)，流量在1.6～3.2 L/min變化時(shí)，平均水通量、水回收率和RSF在流量為2.8 L/min時(shí)取得最大值，但水通量和水回收率的增幅均不超過(guò) 1.5%（FS：水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水，DS：復(fù)合肥）[28]；當(dāng)FS和DS流速/流量不等時(shí)，在單膜循環(huán)式裝置中，當(dāng)DS流量恒定，F(xiàn)S流量變化，平均水通量增幅可達(dá)2.4%，但FS流量恒定，DS流量變化時(shí)，平均水通量卻減少8%[28]，而在雙膜循環(huán)式（浸沒(méi)式）裝置中，DS流速為2.1或4.2 cm/s時(shí)，平均水通量及回收水體積相當(dāng)，但流速為8.5 cm/s時(shí)，平均水通量及回收水體積增幅均在15%左右（FS：DIW，DS：液肥）[14]，而 1 mol/L復(fù)合肥為DS，中水為FS時(shí)，DS流速為0.67、3.35和6.7 cm/s時(shí)，水回收體積相似[13]。由上可知，流速/流量對(duì)工藝性能的影響存在較大的差異，這可能與膜裝置類型和尺寸、DS類型和純度及流速/流量區(qū)間大小有關(guān)。

流速增加可緩解膜污染且有利于膜清洗后水通量的恢復(fù)。例如：回收等體積水時(shí)，高流速條件下通量下降更低（DS：海水，F(xiàn)S：模擬污水）[42]，而流速過(guò)低(2.1 cm/s）不但加劇了膜污染也使膜物理清洗后水通量不易恢復(fù)（DS：NaCl，F(xiàn)S：模擬二級(jí)出水）[43]。因此，流速/流量的選取至少應(yīng)結(jié)合膜裝置的類型和尺寸，綜合考慮其對(duì)污水處理效果、化肥DS性能、膜污染和比能耗的影響。

3.3 其他因素

網(wǎng)格墊片、超聲輔助和FS間歇供給等因素對(duì)FO工藝性能具有重要影響，目前的研究與FDFO處理污水不直接相關(guān)，但其對(duì)FDFO處理污水工藝性能的提高具有重要參考價(jià)值。網(wǎng)格墊片的材料、與膜的相對(duì)位置和網(wǎng)格的形狀與朝向等均影響FO的工藝性能。例如，對(duì)于網(wǎng)格墊片的材料，YANAR et al[44]研究發(fā)現(xiàn)以聚丙烯、天然聚乳酸為材料制備的墊片，在減少RSF及抗污染性能方面表現(xiàn)更好；在網(wǎng)格墊片與膜的相對(duì)位置方面，當(dāng)墊片同時(shí)存在FS側(cè)與DS側(cè)時(shí)，由于運(yùn)行條件的差異，ZHANG et al[45]指出FS側(cè)墊片與膜相距1.8 mm，DS側(cè)墊片與膜接觸可更有效緩解濃差極化提高水通量，而WANG et al[25]指出FS側(cè)的墊片與膜活性層接觸，DS側(cè)的墊片與支撐層相距2.7 mm工藝性能最佳；而關(guān)于網(wǎng)格的形狀及朝向，YANAR et al[46]指出：與商業(yè)化墊片和平行定向墊片相比，垂直定向墊片減少RSF及抗污染性能最好。此外，網(wǎng)格墊片在FS側(cè)可減少污垢的黏附，降低污染速率，使水通量和RSF略微增加[47]，但同時(shí)可誘導(dǎo)無(wú)機(jī)污垢[48]，形成的針形硫酸鈣破壞膜完整性[49]。

超聲輔助及FS間歇供給通過(guò)緩解膜支撐層側(cè)稀釋的內(nèi)濃差極化提高水通量。超聲輔助對(duì)正滲透水通量的提升與超聲功率與頻率、膜的種類有關(guān)，且超聲可能破壞膜的完整性。例如：在超聲功率和頻率為70 W和72 kHz時(shí)，CTA膜水通量增幅最大，達(dá)到129%[50]，但超聲功率和頻率為100 W和20 kHz時(shí) ，TFC膜水通量增幅可達(dá) 110 %，而CTA膜水通量增幅僅為12%[51]；在25 kHz時(shí)，超聲可破壞CTA膜的完整性[48]。FS間歇供給是指DS連續(xù)供給，F(xiàn)S每隔數(shù)秒供給一次，因而有利于DS溶質(zhì)擴(kuò)散到支撐層孔內(nèi)，從而降低稀釋的內(nèi)濃差極化，使水通量增幅最高可達(dá)150%，且水通量增幅最大時(shí)SRSF最小[52]。

4 結(jié)論與展望

在正滲透膜性能相同的條件下，F(xiàn)DFO處理污水的工藝性能主要由污水類型、DS類型和膜裝置及工藝參數(shù)等決定，且該技術(shù)通過(guò)向化肥溶液中轉(zhuǎn)移凈水過(guò)程直接回收污水中的凈水，實(shí)現(xiàn)污水濃縮與化肥溶液稀釋。同時(shí)，濃縮后的污水通過(guò)營(yíng)養(yǎng)鹽回收與有機(jī)物利用等方式處理，可用于農(nóng)田回用或達(dá)標(biāo)排放，也可進(jìn)一步作為FDFO處理污水工藝過(guò)程的FS；被稀釋的化肥溶液可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求調(diào)節(jié)后直接滿足灌溉要求。

目前，F(xiàn)DFO處理污水尚未規(guī)?；瘧?yīng)用，主要問(wèn)題集中在濃縮污水資源化處理技術(shù)不成熟，被稀釋化肥溶液營(yíng)養(yǎng)鹽濃度較高不方便直接用于水肥一體化系統(tǒng)，正滲透工藝系統(tǒng)自動(dòng)化程度低等。因此，未來(lái)可從以下幾方面解決FDFO規(guī)模化應(yīng)用的難題。

（1）優(yōu)化濃縮污水資源化處理技術(shù)。例如，回收濃縮污水中的氮磷等營(yíng)養(yǎng)鹽，或與秸稈采用適宜比例堆肥后實(shí)現(xiàn)資源利用。

（2）改進(jìn)水肥一體化灌溉方式。例如，確定噴灌、微灌和膜下滴灌等灌溉技術(shù)對(duì)化肥溶液中營(yíng)養(yǎng)鹽的需求，以提高稀釋后化肥溶液用于灌溉的可行性或減少進(jìn)一步稀釋化肥溶液所需的淡水量。

（3）設(shè)計(jì)智慧正滲透工藝系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行、膜污染清洗、溶液濃度調(diào)節(jié)等全過(guò)程自動(dòng)控制。