正渗透(Forward Osmosis,FO)利用选择性半透膜两侧溶液的渗透压差作为驱动力,使低浓度原料液中的纯水自发地通过膜扩散至高浓度的驱动液中。作为一种低能耗、低污染和高水回收率的绿色膜分离技术,FO可广泛应用于日常生活和工业生产等诸多领域,包括苦咸水淡化、海水脱盐、污水浓缩、废水处理、食品加工、野外应急救援和医药行业等。针对我国目前水资源短缺现状和能源压力,利用FO联合反渗透(Reverse Osmosis,RO)双膜工艺开展城市生活污水处理和净水生产的应用研究,对于探索新型污水处理及再生技术具有积极意义。本论文采用实验室规模的板框式FO设备和高压平板膜RO装置。首先,以实际的生活污水为原料液、模拟的海水反渗透截留液为驱动液,进行FO工艺处理城市生活污水的实验。探究了FO浓缩生活污水的基本性能,以及温度、流速和过滤预处理的工艺操作条件对水通量和反向盐通量的影响;详细分析了 FO对实际污水中主要污染物的浓缩与截留效果、膜污染、物理清洗和膜通量的恢复情况,以评价FO技术浓缩城市污水的处理效率。然后,将经FO稀释的驱动液用作进料,研究RO作为后续工艺实现渗透水与驱动液的有效分离,考察了水通量、脱盐率、污染物去除率以及产水水质等特性,最后核算了该组合工艺的经济能耗成本,旨在探究FO-RO联合技术处理城市生活污水实现污水浓缩和净水生产的整体性能。结果表明:海水反渗透截留液用作正渗透驱动液时,FO工艺浓缩实际生活污水能持续地产生较高的水通量。在运行29 h后,水通量从初始值15.3降低至11.6 L·m-2·h-1下降率是24.2%。但是,生活污水的电导率不断增长,这主要是由污水体积的浓缩和驱动溶质的反向扩散所致。提高操作温度能显著地增加FO水通量,但是高温也会加重驱动液中盐溶质向原料液的反向扩散问题。进料速度下降,水通量减小,且低流速下水通量随时间的下降速率更快。当生活污水经过0.45 μm膜过滤预处理后,污水中的悬浮物被去除,FO水通量得以提高。在污水体积浓缩4倍时,污水中主要污染物如总磷(Total phosphorus,TP)、化学需氧量(Chemical oxygen demand,COD)、总氮(Total nitrogen,TN)和氨氮(Ammonia nitrogen,NH4+-N)的浓缩倍数分别是 3.28～3.50,2.38～2.67,1.58～1.94 和 1.31～1.75。FO工艺对污水中TP、COD、TN和NH4+-N的截留效率分别为96.8±0.8%,69.5±4.5%,49.5±4.8%,41.4±4.6%。由生活污水导致的FO膜污染较严重,其活性层表面附着一个致密厚实的滤饼层。但是,经物理清洗后膜通量的恢复率高达94.0-98.47%。稀释的驱动液经后置RO处理,产出水的COD、TP、TN和NH4+-N 浓度为 2.90、0.001、1.23 和 1.07 mg/L,其去除率分别是 91.7%、97.5%、89.7%和90.1%。三维荧光光谱显示,在EX230-300/EM250-390区域有微弱的荧光反应,这说明最终产水中仍残留少许蛋白质、多肽或氨基酸类溶解性有机物。在FO-RO复合系统中,装置器械类成本最高,占比40.83%,能耗、膜材料和运行成本的比重分别是26.2%、24.46%和8.51%。具体来讲,RO装置、RO泵能耗和FO膜材料上投入资本最多。综上,FO-RO组合工艺能够实现生活污水的富集浓缩以及净水的生产,但是未来需要更高截留性能的FO膜和RO膜以达到高处理效率,获取优质的最终产水。