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技术前沿
膜技术为使污水清如许 而且仍有提升空间
材料来源:科学网(北京)            录入时间:2016/11/15 11:12:30

■本报记者 贡晓丽

中国拥有全世界21%的人口,但只有全世界7%的淡水资源。北京人均水资源量只有100立方米,是世界平均水平的1.25%左右。据联合国数据显示,当人均水资源量低于1700立方米时,一个地区就被认为是“用水紧张”。

“在水资源紧缺的背景下,提高工业用水效率,降低工业对水资源过量消耗成为生态文明建设的必然要求。”11月10日,在国家环境保护膜行业工程技术研讨会上,环保部水环境管理司水固定源处处长蔡治国提出。

2015年4月出台的《水污染防治行动计划》(水十条)规定,到2020年全国万元工业增加值用水量要比2013年下降30%以上;抓好工业节水,制定国家鼓励和淘汰的用水技术、工艺、产品和设备目录,完善高耗水行业取用水定额标准。

加强污水再生利用,成为解决水资源紧缺问题的途径,而使得污水“清如许”的关键则是膜法水处理技术。清华大学环境学院教授黄霞介绍:“大型MBR(膜生物反应器)装置在我国很多地区都有分布,排在最前的是北京、江苏、云南、山东、河北等省市。按MBR市场规模来推测的话,光是其大型应用带来的市场效益就有几十亿元。”

MBR,废水净化关键技术

膜法水处理是只利用具有选择性分离功能的膜材料对废水进行净化的技术。

近年来,随着膜技术的不断成熟,膜技术在工业废水处理中应用得越来越广泛。与传统工艺相比,膜技术在工业废水处理领域优势十分明显,包括实现资源回收、提高用水效率、从源头解决废水污染、节省药剂和土地等。

据黄霞介绍,目前在工业废水处理领域,膜技术主要应用于煤化工废水、石油石化废水、造纸废水等工业废水回用,相关膜分离技术有微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)、反渗透(RO)等以及这些技术相组合的衍生技术,如MBR、双膜法等。

MBR是一种由活性污泥法与膜分离技术相结合的新型水处理技术。MBR以膜组件取代传统生物处理技术末端二沉池,在生物反应器中保持高活性污泥浓度,提高生物处理有机负荷,从而减少污水处理设施占地面积,并通过保持低污泥负荷减少剩余污泥量。主要利用沉浸于好氧生物池内膜分离设备截留槽内的活性污泥与大分子有机物。

“虽然是一个组合工艺,MBR并不是生物反应器加膜这样简单的概念。我们希望它能获得组合的协同效益,能达到‘1+1大于2’的效果。”黄霞说。

MBR的特点包括污染物去除率高,出水水质好且稳定、污泥浓度高、占地面积小、运行灵活、自动化程度高等。“就MBR的发展来看,其是由早期的加压分置式迭代到浸没式的。”黄霞说。 加压分置式MBR超滤膜分为板式膜和管式膜,“这种形态的MBR,由于膜组建的成本比较高,运行费用也高,所以在应用范围上受到一定的限制”。黄霞分析,而浸没式MBR,把组件移至曝气池里面,占地更为紧凑,过滤压差小,不需污泥循环泵,运行费用也比较低。

仍有提升空间

除了工业废水的处理与回用,城镇污水处理与回用以及特殊污染水(垃圾渗透液)处理仍然是MBR的应用领域。

“社会污水回用的需求、企业排放标准的提高、膜性能提升和价格下降、土地资源紧张……这些因素导致MBR具有很大的应用前景。”黄霞承认,同时,MBR仍有很多需要提升的空间,比如降低成本、节能降耗、膜污染控制、工艺系统整体优化。

MBR的工程能耗在0.6千瓦时/立方米,而传统活性污泥工艺能耗则在0.3~0.4千瓦时/立方米。“膜池和耗氧池的耗能加大了运行总能耗,而MBR建设早期的能耗要更高一些。虽然近年来,膜生产技术整体的能耗水平在优化降低,但是跟传统工艺相比,仍有改造的潜力。”

MBR面临的另一个挑战也是所有膜工艺里面碰到的难题——膜污染,“膜在过滤污水过程中,截流分离的污染物必定对膜产生污染,控制膜污染的手段会增加能耗。膜要不断地清洗,就会带来价格成本增加,也会影响运行成本”。黄霞提到,膜污染是膜技术运行中间必须要持久关注的话题。

属于微滤膜的MBR并不是万能的,微滤膜是按能通过的颗粒物粒径来定义的,所以要预防堵塞问题,一些易结垢、含油类物质和黏稠性物质较多的废水,就不适合采用MBR膜法。

“这样一个技术在国内有很多的应用,今后发展的方向也需要不断地完善,包括应用到不同废水种类的范围、加强出水的深度、处理的有效性、提高膜的性能;如何节能降耗,如何再进一步提高资源的回收率,如何把系统进行耦合,提升整体的工艺,这项技术未来挖掘的潜力还很大。”黄霞说。

膜质量监测待完善

目前,我国的膜行业正处于高速发展的时期,每年增速达到20%以上。快速发展的同时,如何保证其有序规范显得尤为重要,膜技术的标准就起到非常重要的作用。“膜技术的标准,主要内容是关于膜的主要指标参数的一些要求,以及指标参数测试方法的规定。”国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所检测与监测中心主任潘献辉指出。

分离膜指标包括三个大方面:分离透过性能,包括产水量、水通量、平均孔径、孔径分布等;膜物理性能,包括结构性能、机械性能等;膜化学性能,包括化学稳定性、耐氧性、耐酸碱性等。“现在的分离膜标准主要是分离透过性能的指标测试,膜物理性能及化学性能指标监测标准仍然空白。”潘献辉说。

潘献辉指出,从国际上来看,近十年来膜检测技术非常热门。国外已经建立的膜产品技术标准包括,在微/超滤膜方面有孔径、孔径分布、表面孔隙率、截留性能、纯水通量等。在纳滤/反渗透膜方面有纯水通量、产水量、完整性、气密性、运行标准和抗菌性能等。而国际的研究热点多集中在分离膜的亲水性、耐污染性、耐氧化性等方面。

提到我国膜技术标准现状,潘献辉表示,目前在用的标准,膜组件、膜装置标准共计54项,其中膜与膜组件的标准有28项,膜产品装置标准有26项。其中国家标准是10项,海洋行业标准是31项。

“开发理想的、符合标准的分离膜是膜行业共同的事业,但前提是检测技术和标准的完善。”潘献辉建议,要完善标准体系建设,就要构建一个结构合理、内容完整、重点突出、层次分明的分离膜标准体系框架,引导膜标准化工作科学发展。

另外,潘献辉建议,还要深入开展分离膜检测技术研究,提高方法标准技术水平;制定强制标准,保证分离膜用于饮用水等方面的健康安全;加强分离膜产品质量监管,常态化进行国家膜产品质量监督抽查;推行膜产品质量认证,实行市场准入;加强分离膜标准的宣传,促进分离膜领域标准化基础知识的普及和标准对行业的规范作用。

本文来源:科学网 责任编辑:李德雄_NT2021


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