中國擁有全世界21%的人口，但只有全世界7%的淡水資源。北京人均水資源量只有100立方米，是世界平均水平的1.25%左右。據(jù)聯(lián)合國數(shù)據(jù)顯示，當人均水資源量低于1700立方米時，一個地區(qū)就被認為是“用水緊張”。
使得污水“清如許”的關鍵則是膜法水處理技術
“在水資源緊缺的背景下，提高工業(yè)用水效率，降低工業(yè)對水資源過量消耗成為生態(tài)文明建設的必然要求。”11月10日，在國家環(huán)境保護膜行業(yè)工程技術研討會上，環(huán)保部水環(huán)境管理司水固定源處處長蔡治國提出。
2015年4月出臺的《水污染防治行動計劃》(水十條)規(guī)定，到2020年全國萬元工業(yè)增加值用水量要比2013年下降30%以上;抓好工業(yè)節(jié)水，制定國家鼓勵和淘汰的用水技術、工藝、產(chǎn)品和設備目錄，完善高耗水行業(yè)取用水定額標準。
加強污水再生利用，成為解決水資源緊缺問題的途徑，而使得污水“清如許”的關鍵則是膜法水處理技術。清華大學環(huán)境學院教授黃霞介紹：“大型MBR(膜生物反應器)裝置在我國很多地區(qū)都有分布，排在最前的是北京、江蘇、云南、山東、河北等省市。按MBR市場規(guī)模來推測的話，光是其大型應用帶來的市場效益就有幾十億元。”
MBR，廢水凈化關鍵技術
膜法水處理是只利用具有選擇性分離功能的膜材料對廢水進行凈化的技術。
近年來，隨著膜技術的不斷成熟，膜技術在工業(yè)廢水處理中應用得越來越廣泛。與傳統(tǒng)工藝相比，膜技術在工業(yè)廢水處理領域優(yōu)勢十分明顯，包括實現(xiàn)資源回收、提高用水效率、從源頭解決廢水污染、節(jié)省藥劑和土地等。
據(jù)黃霞介紹，目前在工業(yè)廢水處理領域，膜技術主要應用于煤化工廢水、石油石化廢水、造紙廢水等工業(yè)廢水回用，相關膜分離技術有微濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)、反滲透(RO)等以及這些技術相組合的衍生技術，如MBR、雙膜法等。
MBR是一種由活性污泥法與膜分離技術相結合的新型水處理技術。MBR以膜組件取代傳統(tǒng)生物處理技術末端二沉池，在生物反應器中保持高活性污泥濃度，提高生物處理有機負荷，從而減少污水處理設施占地面積，并通過保持低污泥負荷減少剩余污泥量。主要利用沉浸于好氧生物池內膜分離設備截留槽內的活性污泥與大分子有機物。
“雖然是一個組合工藝，MBR并不是生物反應器加膜這樣簡單的概念。我們希望它能獲得組合的協(xié)同效益，能達到‘1+1大于2’的效果。”黃霞說。
MBR的特點包括污染物去除率高，出水水質好且穩(wěn)定、污泥濃度高、占地面積小、運行靈活、自動化程度高等。“就MBR的發(fā)展來看，其是由早期的加壓分置式迭代到浸沒式的。”黃霞說。加壓分置式MBR超濾膜分為板式膜和管式膜，“這種形態(tài)的MBR，由于膜組建的成本比較高，運行費用也高，所以在應用范圍上受到一定的限制”。黃霞分析，而浸沒式MBR，把組件移至曝氣池里面，占地更為緊湊，過濾壓差小，不需污泥循環(huán)泵，運行費用也比較低。
仍有提升空間
除了工業(yè)廢水的處理與回用，城鎮(zhèn)污水處理與回用以及特殊污染水(垃圾滲透液)處理仍然是MBR的應用領域。
“社會污水回用的需求、企業(yè)排放標準的提高、膜性能提升和價格下降、土地資源緊張……這些因素導致MBR具有很大的應用前景。”黃霞承認，同時，MBR仍有很多需要提升的空間，比如降低成本、節(jié)能降耗、膜污染控制、工藝系統(tǒng)整體優(yōu)化。
MBR的工程能耗在0.6千瓦時/立方米，而傳統(tǒng)活性污泥工藝能耗則在0.3~0.4千瓦時/立方米。“膜池和耗氧池的耗能加大了運行總能耗，而MBR建設早期的能耗要更高一些。雖然近年來，膜生產(chǎn)技術整體的能耗水平在優(yōu)化降低，但是跟傳統(tǒng)工藝相比，仍有改造的潛力。”
MBR面臨的另一個挑戰(zhàn)也是所有膜工藝里面碰到的難題——膜污染，“膜在過濾污水過程中，截流分離的污染物必定對膜產(chǎn)生污染，控制膜污染的手段會增加能耗。膜要不斷地清洗，就會帶來價格成本增加，也會影響運行成本”。黃霞提到，膜污染是膜技術運行中間必須要持久關注的話題。
屬于微濾膜的MBR并不是萬能的，微濾膜是按能通過的顆粒物粒徑來定義的，所以要預防堵塞問題，一些易結垢、含油類物質和黏稠性物質較多的廢水，就不適合采用MBR膜法。
“這樣一個技術在國內有很多的應用，今后發(fā)展的方向也需要不斷地完善，包括應用到不同廢水種類的范圍、加強出水的深度、處理的有效性、提高膜的性能;如何節(jié)能降耗，如何再進一步提高資源的回收率，如何把系統(tǒng)進行耦合，提升整體的工藝，這項技術未來挖掘的潛力還很大。”黃霞說。
膜質量監(jiān)測待完善
目前，我國的膜行業(yè)正處于高速發(fā)展的時期，每年增速達到20%以上?？焖侔l(fā)展的同時，如何保證其有序規(guī)范顯得尤為重要，膜技術的標準就起到非常重要的作用。“膜技術的標準，主要內容是關于膜的主要指標參數(shù)的一些要求，以及指標參數(shù)測試方法的規(guī)定。”國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所檢測與監(jiān)測中心主任潘獻輝指出。
分離膜指標包括三個大方面：分離透過性能，包括產(chǎn)水量、水通量、平均孔徑、孔徑分布等;膜物理性能，包括結構性能、機械性能等;膜化學性能，包括化學穩(wěn)定性、耐氧性、耐酸堿性等。“現(xiàn)在的分離膜標準主要是分離透過性能的指標測試，膜物理性能及化學性能指標監(jiān)測標準仍然空白。”潘獻輝說。
潘獻輝指出，從國際上來看，近十年來膜檢測技術非常熱門。國外已經(jīng)建立的膜產(chǎn)品技術標準包括，在微/超濾膜方面有孔徑、孔徑分布、表面孔隙率、截留性能、純水通量等。在納濾/反滲透膜方面有純水通量、產(chǎn)水量、完整性、氣密性、運行標準和抗菌性能等。而國際的研究熱點多集中在分離膜的親水性、耐污染性、耐氧化性等方面。
提到我國膜技術標準現(xiàn)狀，潘獻輝表示，目前在用的標準，膜組件、膜裝置標準共計54項，其中膜與膜組件的標準有28項，膜產(chǎn)品裝置標準有26項。其中國家標準是10項，海洋行業(yè)標準是31項。
“開發(fā)理想的、符合標準的分離膜是膜行業(yè)共同的事業(yè)，但前提是檢測技術和標準的完善。”潘獻輝建議，要完善標準體系建設，就要構建一個結構合理、內容完整、重點突出、層次分明的分離膜標準體系框架，引導膜標準化工作科學發(fā)展。
另外，潘獻輝建議，還要深入開展分離膜檢測技術研究，提高方法標準技術水平;制定強制標準，保證分離膜用于飲用水等方面的健康安全;加強分離膜產(chǎn)品質量監(jiān)管，常態(tài)化進行國家膜產(chǎn)品質量監(jiān)督抽查;推行膜產(chǎn)品質量認證，實行市場準入;加強分離膜標準的宣傳，促進分離膜領域標準化基礎知識的普及和標準對行業(yè)的規(guī)范作用。
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