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正渗透(Forward osmosis)是由渗透压驱动的膜工艺技术，通过半渗透膜利用渗透压力将水梯度从料液(低渗透压力)侧驱动到汲取液(高渗透压力)侧，FO具有能耗少、膜污染低、污染易清洗、水回收率高等潜在优势。化肥汲取液正渗透膜工艺（Fertilizer Draw Forward Osmosis,FDFO）是以化肥作为正渗透膜分离工艺的汲取液来处理被污染的水源，这种基于FO技术的新颖之处在于被稀释后的汲取液，因为其含有植物的营养元素可以直接用于灌溉施肥而避免了汲取液的分离和回收工艺，从而节省了能耗。除此之外，因为肥料被广泛应用于农业生产，使其成为正渗透汲取液的理想选择。化肥汲取液正渗透膜生物反应器（Fertilizer Draw Forward Osmosis Membrane Reactor,FDOMBR）是将膜分离技术与生物技术结合在一起以化肥为汲取液的新型水处理技术，与传统活性污泥法相比，具有出水水质好、设备占地小、活性污泥浓度高、剩余污泥产率低及便于自动控制等的优点，是最有前途的废水处理新技术之一。但FDFO和FDFOMBR在实际应用上仍然面临一些关键的挑战，如汲取液的优选、工艺参数的优化、膜污染、反向盐溶质的渗透以及盐在反应器中的积累。这些挑战将导致汲取液的损失、水通量的减小、生物反应器中微生物的失活以及出水质量的降低。本论文以不同的化肥作为正渗透工艺的汲取液，探究了化肥汲取液正渗透工艺在绿墙灌溉和浓缩废菜叶发酵渗滤液的应用可行性和正渗透膜的污染。以缓解盐在生物反应器内的积累为目标，采用联合MF工艺和可降解有机化肥为汲取液探究对FDFOMBR性能的影响。本论文的主要研究内容和结论如下：
1.FDFO工艺在绿墙灌溉中的应用及其膜污染的研究
本研究探究了正渗透膜技术在利用商业液体化肥灌溉室外绿墙工艺中的应用可能性，对CTA和TFC两种不同膜的实验性能、膜清洗策略和膜污染进行了对比。在此过程中，高浓度的商业液体化肥作为汲取液，膜生物反应器处理后的生活污水为料液，被稀释的液体化肥直接用于室外绿墙的灌溉。实验结果表明，TFC膜适合于以商业化肥作为汲取液短时间浓缩MBR出水，其水通量为15.04L·m-2h-1，可以达到38%的水回收率。而CTA膜更合适长时间浓缩MBR出水，但在此情况TFC比CTA更容易产生膜污染。膜的清洗策略研究中，发现CTA膜比TFC膜更容易清洗。通过对原膜，污染膜和渗透清洗后的膜的表面FTIR分析发现膜污染主要成分是有机物，且大部分膜污染可以被清洗去除。
2.FDFO工艺在浓缩废菜叶发酵渗滤液的应用及其膜污染的研究
本研究提出了一种废菜发酵渗滤液处理方案，采用化肥汲取液正渗透工艺实现了对废菜液的浓缩。对三种不同的化肥和操作参数进行了优化，并探究模拟废菜发酵渗滤液的污染机理。优化工艺实验结果表明:(NH4)2SO4具有较高的水通量(1mol·L-1下水通量为7.31L·m-2h-1)和较低的反向盐渗透量率(0.102g·L-1)。FTIR和XPS的分析发现:有机物质和钙可能是潜在的污染化合物。通过研究模拟废菜发酵渗滤液成分探讨导致水通量下降和膜污染的成分。结果发现花青素是导致膜表面呈现红色污染和水通量下降的主要原因。其次，钙离子也能形成较为严重的污染。
3.联合MF工艺对FDFOMBR工艺的调控及盐积累的缓解
本研究对化肥汲取液的正渗透生物反应器生活污水处理工艺进行了优化操作参数的研究，提出引入MF工艺缓解盐在生物器中的积累，并对工艺性能进行评价。其优化操作参数的研究包括汲取液的类型、汲取液的浓度、汲取液的流速和MF水通量。该系统的最佳条件如下:最合适化肥为硫酸铵，汲取液浓度为1mg·L-1，汲取溶液流速200mL·min-1，MF水通量为10L·m-2h-1。MF膜工艺的加入可以有效控FDFOMBR中的盐度，增加FO的水通量和保持微生物降解有机物的活性。
4.有机离子态化肥汲取液对FDFOMBR工艺的调控及盐积累的缓解
本研究选取可降解乙酸根离子的有机化肥作为正渗透生物反应器处理生活污水工艺的汲取液，对比了乙酸铵（NH4C2H3O2）、乙酸钠（NaC2H3O2）、乙酸钾（KC2H3O2）与硫酸铵（(NH4)2SO4、氯化钠（NaCl）和氯化钾（KCl）这3种对应无机离子汲取液的正渗透（FDFO）和正渗透膜生物反应器（FDFOMBR）的性能。在FDFO实验中，当乙酸铵、乙酸钠和乙酸钾有机离子溶液作为FO的汲取液时，其水通量值略低于硫酸铵、氯化钠和氯化钾无机离子溶液，在有机离子汲取液中，乙酸铵的水通量最高。在OMBR工艺中，(NH4)2SO4作为汲取液的FDFOMBR中得到的稀释倍数最高。实验结果表明，有机离子汲取液可以缓解反应器中盐的积累并促进有机物的降解但更容易产生膜污染。
1.FDFO工艺在绿墙灌溉中的应用及其膜污染的研究
本研究探究了正渗透膜技术在利用商业液体化肥灌溉室外绿墙工艺中的应用可能性，对CTA和TFC两种不同膜的实验性能、膜清洗策略和膜污染进行了对比。在此过程中，高浓度的商业液体化肥作为汲取液，膜生物反应器处理后的生活污水为料液，被稀释的液体化肥直接用于室外绿墙的灌溉。实验结果表明，TFC膜适合于以商业化肥作为汲取液短时间浓缩MBR出水，其水通量为15.04L·m-2h-1，可以达到38%的水回收率。而CTA膜更合适长时间浓缩MBR出水，但在此情况TFC比CTA更容易产生膜污染。膜的清洗策略研究中，发现CTA膜比TFC膜更容易清洗。通过对原膜，污染膜和渗透清洗后的膜的表面FTIR分析发现膜污染主要成分是有机物，且大部分膜污染可以被清洗去除。
2.FDFO工艺在浓缩废菜叶发酵渗滤液的应用及其膜污染的研究
本研究提出了一种废菜发酵渗滤液处理方案，采用化肥汲取液正渗透工艺实现了对废菜液的浓缩。对三种不同的化肥和操作参数进行了优化，并探究模拟废菜发酵渗滤液的污染机理。优化工艺实验结果表明:(NH4)2SO4具有较高的水通量(1mol·L-1下水通量为7.31L·m-2h-1)和较低的反向盐渗透量率(0.102g·L-1)。FTIR和XPS的分析发现:有机物质和钙可能是潜在的污染化合物。通过研究模拟废菜发酵渗滤液成分探讨导致水通量下降和膜污染的成分。结果发现花青素是导致膜表面呈现红色污染和水通量下降的主要原因。其次，钙离子也能形成较为严重的污染。
3.联合MF工艺对FDFOMBR工艺的调控及盐积累的缓解
本研究对化肥汲取液的正渗透生物反应器生活污水处理工艺进行了优化操作参数的研究，提出引入MF工艺缓解盐在生物器中的积累，并对工艺性能进行评价。其优化操作参数的研究包括汲取液的类型、汲取液的浓度、汲取液的流速和MF水通量。该系统的最佳条件如下:最合适化肥为硫酸铵，汲取液浓度为1mg·L-1，汲取溶液流速200mL·min-1，MF水通量为10L·m-2h-1。MF膜工艺的加入可以有效控FDFOMBR中的盐度，增加FO的水通量和保持微生物降解有机物的活性。
4.有机离子态化肥汲取液对FDFOMBR工艺的调控及盐积累的缓解
本研究选取可降解乙酸根离子的有机化肥作为正渗透生物反应器处理生活污水工艺的汲取液，对比了乙酸铵（NH4C2H3O2）、乙酸钠（NaC2H3O2）、乙酸钾（KC2H3O2）与硫酸铵（(NH4)2SO4、氯化钠（NaCl）和氯化钾（KCl）这3种对应无机离子汲取液的正渗透（FDFO）和正渗透膜生物反应器（FDFOMBR）的性能。在FDFO实验中，当乙酸铵、乙酸钠和乙酸钾有机离子溶液作为FO的汲取液时，其水通量值略低于硫酸铵、氯化钠和氯化钾无机离子溶液，在有机离子汲取液中，乙酸铵的水通量最高。在OMBR工艺中，(NH4)2SO4作为汲取液的FDFOMBR中得到的稀释倍数最高。实验结果表明，有机离子汲取液可以缓解反应器中盐的积累并促进有机物的降解但更容易产生膜污染。