中國(guó)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(guó)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)人均水資源量低于1700立方米時(shí)，一個(gè)地區(qū)就被認(rèn)為是“用水緊張”。
使得污水“清如許”的關(guān)鍵則是膜法水處理技術(shù)
“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(duì)水資源過(guò)量消耗成為生態(tài)文明建設(shè)的必然要求。”11月10日，在國(guó)家環(huán)境保護(hù)膜行業(yè)工程技術(shù)研討會(huì)上，環(huán)保部水環(huán)境管理司水固定源處處長(zhǎng)蔡治國(guó)提出。
2015年4月出臺(tái)的《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》(水十條)規(guī)定，到2020年全國(guó)萬(wàn)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(guó)家鼓勵(lì)和淘汰的用水技術(shù)、工藝、產(chǎn)品和設(shè)備目錄，完善高耗水行業(yè)取用水定額標(biāo)準(zhǔn)。
加強(qiáng)污水再生利用，成為解決水資源緊缺問(wèn)題的途徑，而使得污水“清如許”的關(guān)鍵則是膜法水處理技術(shù)。清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授黃霞介紹：“大型MBR(膜生物反應(yīng)器)裝置在我國(guó)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(chǎng)規(guī)模來(lái)推測(cè)的話，光是其大型應(yīng)用帶來(lái)的市場(chǎng)效益就有幾十億元。”
MBR，廢水凈化關(guān)鍵技術(shù)
膜法水處理是只利用具有選擇性分離功能的膜材料對(duì)廢水進(jìn)行凈化的技術(shù)。
近年來(lái)，隨著膜技術(shù)的不斷成熟，膜技術(shù)在工業(yè)廢水處理中應(yīng)用得越來(lái)越廣泛。與傳統(tǒng)工藝相比，膜技術(shù)在工業(yè)廢水處理領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)十分明顯，包括實(shí)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(lǐng)域，膜技術(shù)主要應(yīng)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(guān)膜分離技術(shù)有微濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)、反滲透(RO)等以及這些技術(shù)相組合的衍生技術(shù)，如MBR、雙膜法等。
MBR是一種由活性污泥法與膜分離技術(shù)相結(jié)合的新型水處理技術(shù)。MBR以膜組件取代傳統(tǒng)生物處理技術(shù)末端二沉池，在生物反應(yīng)器中保持高活性污泥濃度，提高生物處理有機(jī)負(fù)荷，從而減少污水處理設(shè)施占地面積，并通過(guò)保持低污泥負(fù)荷減少剩余污泥量。主要利用沉浸于好氧生物池內(nèi)膜分離設(shè)備截留槽內(nèi)的活性污泥與大分子有機(jī)物。
“雖然是一個(gè)組合工藝，MBR并不是生物反應(yīng)器加膜這樣簡(jiǎn)單的概念。我們希望它能獲得組合的協(xié)同效益，能達(dá)到‘1+1大于2’的效果。”黃霞說(shuō)。
MBR的特點(diǎn)包括污染物去除率高，出水水質(zhì)好且穩(wěn)定、污泥濃度高、占地面積小、運(yùn)行靈活、自動(dòng)化程度高等。“就MBR的發(fā)展來(lái)看，其是由早期的加壓分置式迭代到浸沒(méi)式的。”黃霞說(shuō)。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(yùn)行費(fèi)用也高，所以在應(yīng)用范圍上受到一定的限制”。黃霞分析，而浸沒(méi)式MBR，把組件移至曝氣池里面，占地更為緊湊，過(guò)濾壓差小，不需污泥循環(huán)泵，運(yùn)行費(fèi)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(yīng)用領(lǐng)域。
“社會(huì)污水回用的需求、企業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)的提高、膜性能提升和價(jià)格下降、土地資源緊張……這些因素導(dǎo)致MBR具有很大的應(yīng)用前景。”黃霞承認(rèn)，同時(shí)，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(shí)/立方米，而傳統(tǒng)活性污泥工藝能耗則在0.3~0.4千瓦時(shí)/立方米。“膜池和耗氧池的耗能加大了運(yùn)行總能耗，而MBR建設(shè)早期的能耗要更高一些。雖然近年來(lái)，膜生產(chǎn)技術(shù)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(gè)挑戰(zhàn)也是所有膜工藝?yán)锩媾龅降碾y題——膜污染，“膜在過(guò)濾污水過(guò)程中，截流分離的污染物必定對(duì)膜產(chǎn)生污染，控制膜污染的手段會(huì)增加能耗。膜要不斷地清洗，就會(huì)帶來(lái)價(jià)格成本增加，也會(huì)影響運(yùn)行成本”。黃霞提到，膜污染是膜技術(shù)運(yùn)行中間必須要持久關(guān)注的話題。
屬于微濾膜的MBR并不是萬(wàn)能的，微濾膜是按能通過(guò)的顆粒物粒徑來(lái)定義的，所以要預(yù)防堵塞問(wèn)題，一些易結(jié)垢、含油類物質(zhì)和黏稠性物質(zhì)較多的廢水，就不適合采用MBR膜法。
“這樣一個(gè)技術(shù)在國(guó)內(nèi)有很多的應(yīng)用，今后發(fā)展的方向也需要不斷地完善，包括應(yīng)用到不同廢水種類的范圍、加強(qiáng)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(jìn)一步提高資源的回收率，如何把系統(tǒng)進(jìn)行耦合，提升整體的工藝，這項(xiàng)技術(shù)未來(lái)挖掘的潛力還很大。”黃霞說(shuō)。
膜質(zhì)量監(jiān)測(cè)待完善
目前，我國(guó)的膜行業(yè)正處于高速發(fā)展的時(shí)期，每年增速達(dá)到20%以上。快速發(fā)展的同時(shí)，如何保證其有序規(guī)范顯得尤為重要，膜技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)就起到非常重要的作用。“膜技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，主要內(nèi)容是關(guān)于膜的主要指標(biāo)參數(shù)的一些要求，以及指標(biāo)參數(shù)測(cè)試方法的規(guī)定。”國(guó)家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所檢測(cè)與監(jiān)測(cè)中心主任潘獻(xiàn)輝指出。
分離膜指標(biāo)包括三個(gè)大方面：分離透過(guò)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(jié)構(gòu)性能、機(jī)械性能等;膜化學(xué)性能，包括化學(xué)穩(wěn)定性、耐氧性、耐酸堿性等。“現(xiàn)在的分離膜標(biāo)準(zhǔn)主要是分離透過(guò)性能的指標(biāo)測(cè)試，膜物理性能及化學(xué)性能指標(biāo)監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)仍然空白。”潘獻(xiàn)輝說(shuō)。
潘獻(xiàn)輝指出，從國(guó)際上來(lái)看，近十年來(lái)膜檢測(cè)技術(shù)非常熱門。國(guó)外已經(jīng)建立的膜產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)和抗菌性能等。而國(guó)際的研究熱點(diǎn)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(guó)膜技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀，潘獻(xiàn)輝表示，目前在用的標(biāo)準(zhǔn)，膜組件、膜裝置標(biāo)準(zhǔn)共計(jì)54項(xiàng)，其中膜與膜組件的標(biāo)準(zhǔn)有28項(xiàng)，膜產(chǎn)品裝置標(biāo)準(zhǔn)有26項(xiàng)。其中國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是10項(xiàng)，海洋行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是31項(xiàng)。
“開(kāi)發(fā)理想的、符合標(biāo)準(zhǔn)的分離膜是膜行業(yè)共同的事業(yè)，但前提是檢測(cè)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的完善。”潘獻(xiàn)輝建議，要完善標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，就要構(gòu)建一個(gè)結(jié)構(gòu)合理、內(nèi)容完整、重點(diǎn)突出、層次分明的分離膜標(biāo)準(zhǔn)體系框架，引導(dǎo)膜標(biāo)準(zhǔn)化工作科學(xué)發(fā)展。
另外，潘獻(xiàn)輝建議，還要深入開(kāi)展分離膜檢測(cè)技術(shù)研究，提高方法標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)水平;制定強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，保證分離膜用于飲用水等方面的健康安全;加強(qiáng)分離膜產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)管，常態(tài)化進(jìn)行國(guó)家膜產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督抽查;推行膜產(chǎn)品質(zhì)量認(rèn)證，實(shí)行市場(chǎng)準(zhǔn)入;加強(qiáng)分離膜標(biāo)準(zhǔn)的宣傳，促進(jìn)分離膜領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)知識(shí)的普及和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)行業(yè)的規(guī)范作用。
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