1 前言

中國是一個干旱缺水嚴(yán)重的國家。淡水資源總量為28000億立方米，占全球水資源的6％，僅次于巴西、俄羅斯和加拿大，居世界第四位，但人均只有2200立方米，僅為世界平均水平的1／4、美國的1／5，在世界上名列121位，是全球13個人均水資源最貧乏的國家之一。扣除難以利用的洪水涇流和散布在偏遠(yuǎn)地區(qū)的地下水資源后，中國現(xiàn)實可利用的淡水資源量則更少，僅為11000億立方米左右，人均可利用水資源量約為900立方米，并且其分布極不均衡。據(jù)水利部2009年統(tǒng)計資料，全國669座城市中有400座供水不足，110座嚴(yán)重缺水；在32個百萬人口以上的特大城市中，有30個長期受缺水困擾。在46個重點城市中，45.6%水質(zhì)較差，14個沿海開放城市中有9個嚴(yán)重缺水。北京、天津、青島、大連等城市缺水最為嚴(yán)重。.全國城市缺水年總量呈逐年遞增趨勢，2009年高達(dá)400億立方米。

根據(jù)水利部統(tǒng)計，2008年全國總用水量5910億m3，其中生活用水占12.3%，工業(yè)用水占23.7%。在水資源日益緊張的今天，工業(yè)廢水的再生和回用對于緩解缺水問題的意義日益突出。據(jù)專家測算，如果以供水量為基準(zhǔn)值100%計算，采用節(jié)水與水再生利用方式可使用工業(yè)用水減少50-95%。

工業(yè)廢水的再生和回用在美國應(yīng)用較早，特別是在加利福尼亞州和佛羅里達(dá)州等缺水地區(qū)。事實上，美國為了緩解西部加州等地區(qū)的缺水問題，于60年代冷戰(zhàn)最激烈的時期，耗費了大量財力物力啟動了改工程。工程于1973年完工，輸水距離長達(dá)900公里，高程1151米，年調(diào)水量52億立方米。工程竣工后緩解了加州的用水問題，并在一定程度上促進(jìn)了加州各產(chǎn)業(yè)的飛速增長。然而，其輸水成本也是巨大的，僅電耗就相當(dāng)于緬因州一年的總用電量。且由此引發(fā)了一系列環(huán)境問題。為此，加州最早于美國啟動了水回用方案，對工業(yè)廢水和生活污水進(jìn)行循環(huán)使用。截止2008年，洛杉磯地區(qū)對“調(diào)水”的依賴以從70年代的82%下降到65%。

在我國，工業(yè)水的循環(huán)使用在政策層面得到了高度重視。國家通過五年規(guī)劃和水資源規(guī)劃對工業(yè)用水逐年限制，以鼓勵回用和循環(huán)。在工業(yè)廢水回用領(lǐng)域中，超濾/微濾與反滲透/納濾的集成技術(shù)以其高效除濁和除鹽能力的有機結(jié)合，以其占地面積小、對環(huán)境污染少、自動化程度高、適用范圍廣的優(yōu)勢，以其規(guī)模化生產(chǎn)帶來的成本的不斷下降，以其可靠的應(yīng)用技術(shù)和經(jīng)驗在歐美發(fā)達(dá)國家上得到了普遍應(yīng)用并正逐漸在國內(nèi)得以推廣應(yīng)用。

2 工業(yè)廢水回用的主要領(lǐng)域

工業(yè)中主要的水消耗來源于如下幾個領(lǐng)域：

冷卻水

鍋爐補給水

生產(chǎn)工藝用水和沖洗水

上述不同用途的工業(yè)用水的消耗量和產(chǎn)生的廢水特點如下：

其中，冷卻水所占的工業(yè)用水比例最大。據(jù)粗略統(tǒng)計，約三分之二的工業(yè)用水為冷卻水，在電力行業(yè)和煉油行業(yè)中，冷卻水的比例高達(dá)90%。冷卻廢水通常溫度較高，排入水體會對水生動植物產(chǎn)生不利影響，但處理相對簡單，經(jīng)處理可以循環(huán)使用。鍋爐補給水廣泛使用在制造業(yè)用以產(chǎn)生蒸汽，廢水處理流程簡單，可以循環(huán)使用。生產(chǎn)工藝用水的水質(zhì)要求和產(chǎn)生的廢水的特點和工藝密切相關(guān)，相對于冷卻水和鍋爐補給水，該部分水量通常較小，然而，廢水的污染程度則要高許多。對于化學(xué)、食品和紡織印染行業(yè)，生產(chǎn)用水的水質(zhì)要求較高，而產(chǎn)生廢水的污染程度極高，難以處理并回用做生產(chǎn)用水，但可以考慮用于沖洗或雜用；對于電子和半導(dǎo)體行業(yè)，油田開采生產(chǎn)用水（回注水），可經(jīng)過深度處理回用于生產(chǎn)流程。

3 膜分離技術(shù)

3．1超濾和微濾技術(shù)

超濾和微濾用于去除細(xì)微顆粒物。超濾膜對水中的顆粒物的去除率，跟超濾膜分離層本身的孔徑有關(guān)。通常超濾膜的分離精度在5~50nm，即0.005~0.05µm；而微濾膜的分離精度通常為0.1μm以上。

超濾和微濾采用表面過濾機理，象一個細(xì)篩。膜表面的孔徑大小一致，流道均勻。比膜表面孔徑大的顆粒物被截住，留在膜的給水/濃水側(cè)。小顆粒隨著液體透過膜。這種選擇性透過功能使得超濾膜非常適用于那些對過濾水質(zhì)有嚴(yán)格要求的場合。如果膜表面完整性良好，去除效果可以得到保證。除此之外，超濾技術(shù)比傳統(tǒng)過濾還有結(jié)構(gòu)緊湊（節(jié)省占地33%）、自動化程度高（可實際無人值守）、化學(xué)藥品用量少（節(jié)省投資、廢液排放少）等優(yōu)點。

上個世紀(jì)70年代用于水處理的超濾膜以聚砜材料為主。90年代隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，對超（微）濾膜的機械強度、抗污染能力、化學(xué)穩(wěn)定性、滲透性能和清洗恢復(fù)性等方面要求也提高，促成了超微濾膜技術(shù)的發(fā)展和多樣性。目前，超（微）濾膜材料主要為聚醚砜（PES）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚砜（PS）、PAN（聚丙烯腈）、聚氯乙烯（PVC）等；膜結(jié)構(gòu)形式有中空絲、管式、卷式和平板等幾種；膜組件的形式分為加壓（外置式）和負(fù)壓（浸沒式或內(nèi)置式）兩大類。

通常地，截留分子量為15萬道爾頓的超濾膜，分離孔徑約為25nm，可有效去除微小顆粒、膠體、細(xì)菌和病毒等。此類超濾膜對>1μm的顆粒物的去除率為106，比傳統(tǒng)過濾器的過濾效果好，產(chǎn)水濁度一直穩(wěn)定在0.1NTU以下，不隨進(jìn)水濁度變化而變化。微濾和超濾可應(yīng)用于生產(chǎn)流程中沖洗水回用及油田回注水。

3．2 膜生物反應(yīng)器（MBR）工藝

膜生物反應(yīng)器（membrane bioreactor，MBR）是近來發(fā)展較迅速的一種污水治理工藝，MBR是一種把傳統(tǒng)活性污泥法和膜截留技術(shù)結(jié)合起來的工藝。由于它以膜分離（主要為超濾膜）代替常規(guī)活性污泥中以重力進(jìn)行沉降分離的二沉池，就大大提高了系統(tǒng)固液分離的能力，從而使系統(tǒng)出水水質(zhì)和容積負(fù)荷都得到大幅度提高，出水濁度大大優(yōu)于傳統(tǒng)二沉池；另一方面，生物池中的污泥濃度可比傳統(tǒng)高2-3倍，使降解污水的生物反應(yīng)更為徹底，特別對于傳統(tǒng)活性污泥難以降解的物質(zhì)。作為一種新型的水處理技術(shù)，由于具有占地少、能耗低等優(yōu)點。近幾年來，國際上的膜生物反應(yīng)器的應(yīng)用發(fā)展迅速，特別是在高濃度有機廢水處理和回用等領(lǐng)域。

3．3反滲透和納濾技術(shù)

超濾膜去除懸浮物效果很好，但對于水中的有機物脫除率不足20%。反滲透對無機鹽份、有機物、菌類的脫除率均很高，出水水質(zhì)已接近純水標(biāo)準(zhǔn)。膜的選擇透過性與組分在膜中的溶解、吸附和擴散有關(guān)。一般來說，反滲透分離過程中化學(xué)因素（膜及其表面特性）起主導(dǎo)作用。在水處理應(yīng)用中，反滲透膜和納濾膜的結(jié)構(gòu)形式以卷式和中空纖維式為主。反滲透膜對進(jìn)水的濁度要求/div>

3．3雙膜法組合技術(shù)

所謂雙膜法即是超濾和反滲透的組合工藝。超濾（或MBR）作為反滲透的預(yù)處理，反滲透對超濾不能去除的有機物和鹽類進(jìn)行深度去除，出水水質(zhì)非常高，可用于冷卻水和鍋爐補給水。

4 膜分離技術(shù)在國內(nèi)工業(yè)廢水回用的應(yīng)用實例

燕山石化公司工業(yè)廢水回用于鍋爐補給水項目

工業(yè)廢水經(jīng)傳統(tǒng)二級處理后采用超濾和反滲透組合工藝處理并回用于鍋爐補給水。項目規(guī)模： 30000噸/日。

邯鄲鋼鐵廠冷軋車間廢水回用項目

采用超濾和反滲透組合工藝，廢水回用后作為工藝用水。項目規(guī)模：I期：30000噸/日；II期：20000噸/日。

內(nèi)蒙古金橋電廠廢水回用項目

采用MBR工藝處理金橋電廠高濃度氨氮廢水，作為電廠冷卻塔補給水弱酸樹脂進(jìn)水的預(yù)處理。項目規(guī)模：30000噸/日。

另外，膜技術(shù)在油田回注水、制藥廢水、垃圾滲瀝液等高難度廢水處理和回用中也取得的實質(zhì)性進(jìn)展。

5 存在的問題和展望

隨著國家對工業(yè)企業(yè)用水量的限制日益加強，膜技術(shù)在我國工業(yè)廢水回用中的應(yīng)用有著廣闊的前景。然而，就膜技術(shù)本身而言以及在回用中的推廣而言，還存在著諸多技術(shù)性問題有待解決。具體總結(jié)如下：

膜裝備的國產(chǎn)化還非常薄弱

近年來，膜技術(shù)在我國的應(yīng)用突飛猛進(jìn)，歐美和日本都非?？春眠@塊新興市場，根據(jù)日本某著名膜制造商的預(yù)測，中國將在2012年前后成為世界上最大的膜使用國。

然而，膜裝備的國產(chǎn)化相對于其應(yīng)用卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后，目前膜市場基本上還是進(jìn)口膜為主導(dǎo)。雖然近十年不斷有國產(chǎn)膜制造商涌現(xiàn)，雖然占據(jù)著充分的價格優(yōu)勢，但在膜裝備的研發(fā)、膜使用壽命和抗污染性能等方面，還和進(jìn)口膜存在著較大差距，因此，市場的競爭力尚不及美、日和歐洲產(chǎn)品。

膜技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化有待深入

制約膜技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的主要原因即是膜的標(biāo)準(zhǔn)化問題尚未解決。如前文所述，膜的材質(zhì)、型式各不相同，截留效率、使用壽命、抗污染性能和運行參數(shù)也不盡相同。即使歐美等發(fā)達(dá)國家，至今尚未制定出關(guān)于膜的生產(chǎn)和使用標(biāo)準(zhǔn)。許多項目在啟動之前需要進(jìn)行小試乃至中試進(jìn)行比選以確定供貨商和設(shè)計參數(shù)，其過程相對于其他技術(shù)比較緩慢，這一點嚴(yán)重影響的膜技術(shù)的全面推廣。為此，歐盟于2008年耗資數(shù)千萬歐元啟動了膜的標(biāo)準(zhǔn)化的研究課題，至今該課題還在繼續(xù)。

膜技術(shù)的專業(yè)化應(yīng)用有待加強

作為一種裝置自身及應(yīng)用技術(shù)含量都較高的水處理技術(shù)，膜技術(shù)的應(yīng)用的另一個障礙即是用戶由于自身的經(jīng)驗問題常常導(dǎo)致運行故障或影響膜的使用壽命，從而降低了用戶對膜技術(shù)的認(rèn)可。為此，對于膜技術(shù)的推廣，特別是在技術(shù)含量更高的工業(yè)廢水處理和回用方面的推廣，可能以專業(yè)化制造、工程及運營的方式更為穩(wěn)妥（DBO，BOT），借助專業(yè)化公司的運行經(jīng)驗，以提高膜的使用效率和效果。如燕山石化3萬噸煉油廢水回用項目，目前由國際知名公司威立雅運行，效果良好，即為一個較好的案例。目前國內(nèi)諸多專業(yè)化水務(wù)公司也在積極進(jìn)入膜技術(shù)領(lǐng)域（如中環(huán)水務(wù)等），相信今后會有更多的專業(yè)化工程和運營項目。

膜技術(shù)在歐美日等發(fā)達(dá)國家一直被視為21世紀(jì)主要的水處理技術(shù)。各國對于膜技術(shù)的應(yīng)用都非常重視。如歐盟，曾在2003年左右，鑒于當(dāng)時膜市場主要被美國和日本廠家占據(jù)，為此歐盟將膜技術(shù)列為高新技術(shù)并組織成員國共同努力開發(fā)相應(yīng)的技術(shù)和裝置。鑒于膜技術(shù)在水處理領(lǐng)域特別是水資源再生利用方面的重要性和我國水資源短缺的事實，建議國家從發(fā)展高度重視該技術(shù)的國產(chǎn)化、標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化應(yīng)用。我們作為國內(nèi)有影響力的水務(wù)公司，將密切配合，從自身做起，為推動膜技術(shù)的普及貢獻(xiàn)力量。

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