翠湖示范工程現(xiàn)場圖  

專家考察示范工程現(xiàn)場  

超低壓反滲透膜生產(chǎn)線  

雙膜法工藝流程圖  

超低壓反滲透膜產(chǎn)品在示范工程中應(yīng)用  

綜合評價平臺內(nèi)景  

嵌入增強(qiáng)型中空纖維超濾膜生產(chǎn)線  

課題背景  

“十二五”期間，黨中央、國務(wù)院將建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會作為加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變的重要著力點，將推進(jìn)重點流域水污染防治作為兩型社會建設(shè)的重要內(nèi)容，地方各級政府高度重視重點流域水污染防治工作，積極參與水環(huán)境保護(hù)，為重點流域水污染防治提供了新的歷史機(jī)遇。盡管重點流域水污染防治工作取得了階段性進(jìn)展，但水環(huán)境形勢依然嚴(yán)峻。  

水污染嚴(yán)重是重點流域普遍存在的突出問題。  

污水處理廠出水水質(zhì)差，以此作為補(bǔ)水的湖河水環(huán)境容量被大量消耗，導(dǎo)致水體水質(zhì)改善極為困難，是重點流域水體長期處于Ⅴ類及劣Ⅴ類嚴(yán)重污染狀態(tài)的重要原因。  

截至2017年12月底，全國城鎮(zhèn)累計建成污水處理廠4119座，污水處理能力達(dá)1.82億m3/d，每年排放的污水處理廠尾水超過600億m3/d。2015年11月，原環(huán)境保護(hù)部發(fā)布《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（征求意見稿），除了提升現(xiàn)有排放標(biāo)準(zhǔn)外，新增特別排放限值，要求污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)參照地表Ⅳ類水（TN除外）。按照“水十條”要求，敏感區(qū)域城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施應(yīng)于2017年年底前全面達(dá)到一級A排放標(biāo)準(zhǔn)，據(jù)此“十三五”期間，城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施提標(biāo)改造規(guī)模將達(dá)到4220萬立方米/日。  

對比我國城鎮(zhèn)污水處理廠出水排放標(biāo)準(zhǔn)與地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)可知，以一級A標(biāo)準(zhǔn)排放的城鎮(zhèn)污水處理廠尾水屬于地表水劣Ⅴ類水質(zhì)，仍屬于污水范疇。  

清潔的入湖入河補(bǔ)水對促進(jìn)河湖水體的更新具有重要作用。已處于嚴(yán)重污染狀態(tài)的河湖水體，水環(huán)境容量低，自凈能力弱，若受納微污染水體，特別是大量城鎮(zhèn)污水處理廠尾水，將無法實現(xiàn)水體自凈，甚至?xí)觿∷w污染狀況。只有提高入湖入河水的水質(zhì)，進(jìn)一步削減入湖入河污染物負(fù)荷，才有可能使處于嚴(yán)重污染狀態(tài)的河湖水體休養(yǎng)生息，恢復(fù)健康的生態(tài)系統(tǒng)。以滇池為例，其河道受納水體水質(zhì)目標(biāo)不宜低于地表水Ⅲ類（按水環(huán)境容量計算）。  

水資源短缺是重點流域存在的另一個重要問題。  

我國是一個嚴(yán)重缺水的國家，人均淡水資源量低，淡水資源的時空分布不均衡。據(jù)報道，我國人均淡水資源僅為世界人均水量的1/4，是全球人均水資源最貧乏的國家之一。此外，由于我國重點河流湖泊大部分分布在長江以南地區(qū)，導(dǎo)致水資源地域分布不均，華北、西北由于干旱少雨，資源型缺水嚴(yán)重。重點流域人口稠密，經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)、需水量大，水資源開發(fā)利用率已接近或超過其承載能力，如遼河流域水資源開發(fā)程度達(dá)到76%，淮河達(dá)到53%，海河已超過100%。隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化深入發(fā)展，水資源需求將在較長一段時間內(nèi)持續(xù)增長，加之全球氣候變化影響，水資源供需矛盾將更加尖銳，我國水資源短缺形勢將更為嚴(yán)峻。  

為了改善我國重點流域水環(huán)境質(zhì)量，緩解水資源短缺，保障水生態(tài)健康和飲水安全，國家水專項設(shè)置了由北京碧水源科技股份有限公司承擔(dān)的“高品質(zhì)再生水與水體凈化成套裝備研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”課題，針對城鎮(zhèn)污水處理廠尾水以及重點流域入湖入河劣Ⅴ類水，研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的超低壓反滲透膜并實現(xiàn)規(guī)�；a(chǎn)，采用以“超/微濾-超低壓反滲透”技術(shù)為核心的水處理工藝進(jìn)行深度處理，進(jìn)一步削減其污染負(fù)荷，形成穩(wěn)定的高品質(zhì)再生水，找到一條適合我國國情的解決“水臟”、“水少”問題的重要途徑。  

據(jù)課題組負(fù)責(zé)人介紹，課題執(zhí)行期從2014年1月開始至2017年12月結(jié)束，經(jīng)過4年的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化推廣，成果顯著。課題研發(fā)出超低壓反滲透膜及嵌入增強(qiáng)型超濾膜材料，開發(fā)出以“超/微濾-超低壓反滲透”雙膜法為核心的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的成套技術(shù)與裝備，建成規(guī)�；どa(chǎn)線及劣V類水體成套裝備生產(chǎn)平臺；形成行業(yè)級高品質(zhì)再生水與水體凈化技術(shù)指南1套，提出水體凈化產(chǎn)業(yè)化服務(wù)的制度建議1份，申請并授權(quán)專利10項以上。課題研發(fā)成果應(yīng)用于4座示范工程，并在全國范圍內(nèi)推廣應(yīng)用，累積推廣產(chǎn)值達(dá)14億元，應(yīng)用規(guī)模超過80萬m3/d。課題的實施，實現(xiàn)了將城鎮(zhèn)污水廠尾水等劣Ⅴ類水處理至地表Ⅳ類以上水體，為緩解我國重點流域水污染嚴(yán)重和水資源匱乏的雙重難題提供一條新的技術(shù)路線。  

突破關(guān)鍵技術(shù)高品質(zhì)處理再生水  

膜分離技術(shù)出水水質(zhì)好、處理效果穩(wěn)定，被稱為“21世紀(jì)水處理領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)”，其中超/微濾技術(shù)占地面積小，操作簡單，在水處理領(lǐng)域應(yīng)用廣泛；反滲透（RO）技術(shù)分離精度高，出水水質(zhì)安全穩(wěn)定，是被廣泛接受和最可靠的高品質(zhì)再生水處理技術(shù)。然而傳統(tǒng)RO膜系統(tǒng)操作壓力大、運行能耗高，預(yù)處理采用的超/微濾膜抗拉力不足、使用壽命短，成套技術(shù)應(yīng)用缺乏系統(tǒng)研究等問題限制了其大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)用。因此，突破膜材料和裝備制備與應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)，形成劣V類水體處理成套技術(shù)與裝備，打破投資運行成本限制，是以膜為核心的高品質(zhì)再生水處理技術(shù)在我國大規(guī)模推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。  

課題組經(jīng)過潛心研究，創(chuàng)新性地研制出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的超低壓反滲透膜（DFRO）材料及元件，具有操作壓力低、適度脫鹽等特點，填補(bǔ)了技術(shù)空白，是更符合中國國情的一項創(chuàng)新技術(shù)。  

據(jù)課題組負(fù)責(zé)人介紹，與全球主要反滲透和納濾膜研發(fā)生產(chǎn)廠家產(chǎn)品參數(shù)對比，本課題研發(fā)的超低壓反滲透（DFRO）產(chǎn)品的先進(jìn)性體現(xiàn)為：DFRO操作壓力低于0.4MPa，與傳統(tǒng)RO和納濾膜相比分別下降了50%和30%左右，在降低運行成本方面具有優(yōu)勢和潛力；DFRO脫鹽率更低，適用于不以脫鹽為目的的水處理。我國城鎮(zhèn)污水廠出水TDS濃度一般在200mg/L~400mg/L，不需要脫鹽，故我國高品質(zhì)再生水處理技術(shù)的關(guān)鍵是深度去除水中有機(jī)污染物，而非鹽類。因此，項目研發(fā)的DFRO膜產(chǎn)品更適用于我國水處理行業(yè)需求，在污水深度處理領(lǐng)域具有巨大的優(yōu)勢和應(yīng)用前景。  

據(jù)了解，課題目前已在北京市懷柔雁棲經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)碧水源膜技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)園建立了DFRO膜產(chǎn)品生產(chǎn)線，包括鑄膜車間、涂膜車間、組件車間、組器車間、檢測車間、包裝車間等，產(chǎn)品年產(chǎn)能達(dá)到400多萬平方米。  

在超低壓反滲透膜及嵌入增強(qiáng)型超濾膜的研發(fā)基礎(chǔ)上，課題組通過技術(shù)集成，開發(fā)出以“超/微濾-超低壓反滲透”（U/MF-DFRO）技術(shù)（簡稱“雙膜法”技術(shù)）為核心的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的成套技術(shù)與裝備，通過技術(shù)集成與工程示范，實現(xiàn)將城鎮(zhèn)污水處理廠出水等劣Ⅴ類水處理至Ⅲ類以上水體，為解決我國重點流域水污染嚴(yán)重和水資源匱乏的問題提供了一條新的技術(shù)路線。  

據(jù)介紹，城鎮(zhèn)污水經(jīng)過U/MF-DFRO處理，出水水質(zhì)主要指標(biāo)達(dá)到地表水Ⅲ類（總氮<5mg/L）標(biāo)準(zhǔn)，可以作為水源地的補(bǔ)充水，真正解決我國水資源匱乏的問題。超低壓反滲透系統(tǒng)運行壓力<0.4MPa，運行能耗低；產(chǎn)水回收率>90%，高于現(xiàn)有RO工程75%左右的回收率。  

課題自主研發(fā)的以“超/微濾-超低壓反滲透”為核心的高品質(zhì)再生水技術(shù)的先進(jìn)性總結(jié)為：運行壓力低、能耗低、產(chǎn)水量大、出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)高、系統(tǒng)回收率高（>90%）。這項雙膜技術(shù)是解決我國水資源短缺問題的一把“金鑰匙”，具有廣闊的應(yīng)用前景。  

據(jù)介紹，該課題建成了將劣Ⅴ類水處理為Ⅳ類以上水的成套技術(shù)綜合評價平臺。平臺對課題研發(fā)的超/微濾-超低壓反滲透、短流程高效超磁分離、MBBR脫氮、臭氧催化氧化等技術(shù)的可靠性與穩(wěn)定性進(jìn)行綜合評價，形成了將劣Ⅴ類水處理為Ⅳ類以上水的成套技術(shù)與裝備，為產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用與技術(shù)推廣提供支撐。平臺位于北京市海淀區(qū)翠湖新水源廠內(nèi)，處理規(guī)模為50立方米/日，占地200平方米。  

成果推廣應(yīng)用加速產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程  

據(jù)課題組相關(guān)人員介紹，課題研發(fā)的DFRO成套裝備分別在云南省昆明洛龍河污水處理水質(zhì)提升試驗示范項目（2.5萬m3/d）和北京市海淀區(qū)翠湖再生水廠升級改造工程（7000m3/d）兩座示范工程中應(yīng)用；課題研發(fā)的浸沒式超濾膜組器在廣東省珠海市南水水質(zhì)凈化廠（5萬m3/d）中示范應(yīng)用；課題研發(fā)的一體化高效超磁分離裝備在河北省燕郊高新區(qū)市政管理局黑臭水體綜合治理服務(wù)項目（5萬m3/d）中示范應(yīng)用；示范工程總規(guī)模達(dá)13.2萬m3/d。另外，課題研發(fā)的4套裝備在全國范圍推廣應(yīng)用規(guī)模超過80萬m3/d，形成產(chǎn)值超過14億元。例如新疆奇臺縣喇叭湖粱工業(yè)園區(qū)污水處理及再生利用工程、內(nèi)蒙古呼和浩特公主府污水處理廠深度處理工程、天津市薊縣新生水項目、金梭島污水處理升級改造工程等，為解決水污染和水資源短缺問題提供了經(jīng)濟(jì)可靠的一體化技術(shù)方案，產(chǎn)生了良好的示范帶動作用，對我國水污染治理成效的提升和治理理念的轉(zhuǎn)變，都起到了舉足輕重的作用。  

北京市海淀區(qū)翠湖再生水廠升級改造工程（7000m3/d）作為課題中首個完成建設(shè)并投入運營的項目得到了政府、專家、行業(yè)的一致好評，接待了包括各級領(lǐng)導(dǎo)、高校師生、媒體人士等社會各界上萬人次的調(diào)研和采訪。工程位于北京市海淀區(qū)蘇家坨前沙澗村，改造前（1萬m3/d）采用“SBR+活性砂濾”工藝，2014年進(jìn)行提標(biāo)擴(kuò)產(chǎn)改造，于9月完成改造后的翠湖新水源廠主體工藝為“MBR+DFRO”雙膜技術(shù)，MBR設(shè)計規(guī)模2萬m3/d，其中1.3萬m3/d的再生水執(zhí)行北京市B標(biāo)準(zhǔn)，作為市政雜用水；其余的再生水經(jīng)超低壓反滲透（DFRO）工藝進(jìn)一步處理到北京市A標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)水量7000m3/d，為翠湖濕地補(bǔ)水，促進(jìn)翠湖濕地形成良好生態(tài)體系。工程為改善我國重點流域水環(huán)境質(zhì)量、保障水質(zhì)安全提供了技術(shù)支撐和工程示范。  

經(jīng)過對工程連續(xù)6個月監(jiān)測，報告顯示，DFRO系統(tǒng)出水平均值：CODCr為5.0mg/L，BOD5為0.5mg/L，總氮為0.99mg/L，氨氮為0.05mg/L，總磷為0.03mg/L，系統(tǒng)回收率達(dá)90%。  

進(jìn)一步削減城鎮(zhèn)污水廠出水的污染負(fù)荷是我國重點流域水污染治理與水環(huán)境質(zhì)量提升的客觀需求，符合國家水體污染控制與治理科技重大專項的科技需求和產(chǎn)業(yè)化需求。通過工程示范，將推動課題成果的大范圍推廣應(yīng)用，為我國重點流域水環(huán)境質(zhì)量、保障水質(zhì)安全提供技術(shù)支撐，為我國水環(huán)境改善和水資源短缺做出重要貢獻(xiàn)。  

形成指南建議構(gòu)建技術(shù)支撐體系  

課題組結(jié)合劣Ⅴ類水體處理技術(shù)與設(shè)備現(xiàn)狀，對技術(shù)的市場需求進(jìn)行調(diào)研，并對治理技術(shù)進(jìn)行篩選和評估。分析劣Ⅴ類水體處理技術(shù)與設(shè)備產(chǎn)業(yè)化影響因素，開展技術(shù)、設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化機(jī)制與模式研究。圍繞實驗設(shè)備生產(chǎn)基地和工程中心的建設(shè)，構(gòu)建產(chǎn)業(yè)化推廣平臺，編制成套工藝設(shè)備的技術(shù)規(guī)范，以探索劣Ⅴ類水體處理技術(shù)研發(fā)、裝備制造與水體凈化服務(wù)等一體化的水體污染治理產(chǎn)業(yè)化服務(wù)創(chuàng)新模式。  

課題針對高品質(zhì)再生水處理技術(shù)需求，編制了《高品質(zhì)再生水與水體凈化技術(shù)指南》，指導(dǎo)高品質(zhì)再生水成套技術(shù)設(shè)施的構(gòu)建及運行。系統(tǒng)梳理高品質(zhì)再生水凈化技術(shù)中的物理化學(xué)技術(shù)、生物深度處理技術(shù)、膜分離技術(shù)及消毒技術(shù)等，總結(jié)各類技術(shù)的工藝特點、設(shè)計參數(shù)和適用范圍，給出水質(zhì)風(fēng)險評價與管理對策。《指南》適用于以出水達(dá)到地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)為目標(biāo)的，擴(kuò)建或改建的城鎮(zhèn)污水處理廠再生技術(shù)方案的選擇，再生利用工程設(shè)計、建設(shè)、運行、維護(hù)及管理等。  

據(jù)了解，為加快高品質(zhì)再生水技術(shù)研發(fā)、裝備制造與水體凈化服務(wù)等一體化工作的推進(jìn)，規(guī)范一體化工作的操作流程，課題組制定了水體凈化產(chǎn)業(yè)化服務(wù)制度建議稿，以確保課題開展的各項技術(shù)研發(fā)、裝備制造與水體凈化服務(wù)順利完成；構(gòu)建了劣Ⅴ類水體處理技術(shù)與設(shè)備推廣產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，引導(dǎo)一體化服務(wù)的健康發(fā)展，推動了高新技術(shù)成果的產(chǎn)業(yè)化，實現(xiàn)市場需求、技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化推廣的有機(jī)銜接和相互促進(jìn)，為重點流域水體水質(zhì)改善提供技術(shù)支撐和產(chǎn)業(yè)化服務(wù)示范。

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