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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(dāng)人均水資源量低于1700立方米時，一個地區(qū)就被認(rèn)為是“用水緊張”。

“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(shè)的必然要求。”11月10日，在國家環(huán)境保護(hù)膜行業(yè)工程技術(shù)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(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(yīng)用帶來的市場效益就有幾十億元。”

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廢水進(jìn)行凈化的技術(shù)。

近年來，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(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。

“雖然是一個組合工藝，MBR并不是生物反應(yīng)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(dá)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(zhì)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(yīng)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(yīng)用領(lǐng)域。

“社會污水回用的需求、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，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(shè)早期的能耗要更高一些。雖然近年來，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面臨的另一個挑戰(zhàn)也是所有膜工藝?yán)锩媾龅降碾y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(shù)運行中間必須要持久關(guān)注的話題。

屬于微濾膜的MBR并不是萬能的，微濾膜是按能通過的顆粒物粒徑來定義的，所以要預(yù)防堵塞問題，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。

“這樣一個技術(shù)在國內(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，這項技術(shù)未來挖掘的潛力還很大。”黃霞說。

膜質(zhì)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(dá)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(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(xiàn)輝指出。

分離膜指標(biāo)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(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)主要是分離透過性能的指標(biāo)測試，膜物理性能及化學(xué)性能指標(biāo)監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)仍然空白。”潘獻(xiàn)輝說。

潘獻(xiàn)輝指出，從國際上來看，近十年來膜檢測技術(shù)非常熱門。國外已經(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、運行標(biāo)準(zhǔn)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(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54項，其中膜與膜組件的標(biāo)準(zhǔn)有28項，膜產(chǎn)品裝置標(biāo)準(zhǔn)有26項。其中國家標(biāo)準(zhǔn)是10項，海洋行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是31項。

“開發(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)建一個結(jié)構(gòu)合理、內(nèi)容完整、重點突出、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，還要深入開展分離膜檢測技術(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，實行市場準(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)知識的普及和標(biāo)準(zhǔn)對行業(yè)的規(guī)范作用。