王志偉：膜法污水處理技術的綠色低碳化發展思考
【谷騰環保網訊】在(zai)碳達峰、碳中(zhong)和(he)納入生(sheng)態文(wen)明(ming)建設整(zheng)體布局的(de)背(bei)景下(xia)，污(wu)水(shui)(shui)處理(li)與(yu)資源(yuan)化(hua)(hua)(hua)技(ji)(ji)(ji)(ji)術必(bi)將朝著“綠(lv)色(se)低(di)碳化(hua)(hua)(hua)”的(de)方向(xiang)邁進，為(wei)膜(mo)(mo)(mo)法(fa)污(wu)水(shui)(shui)處理(li)技(ji)(ji)(ji)(ji)術的(de)發(fa)展帶來了(le)(le)嚴峻挑(tiao)戰，也(ye)為(wei)技(ji)(ji)(ji)(ji)術的(de)更新迭代帶來了(le)(le)重要(yao)(yao)機遇。在(zai)綠(lv)色(se)低(di)碳要(yao)(yao)求下(xia)實現膜(mo)(mo)(mo)法(fa)污(wu)水(shui)(shui)處理(li)的(de)理(li)論與(yu)技(ji)(ji)(ji)(ji)術創(chuang)新，對于支撐雙碳背(bei)景下(xia)膜(mo)(mo)(mo)法(fa)污(wu)水(shui)(shui)處理(li)技(ji)(ji)(ji)(ji)術的(de)可持續發(fa)展具有重要(yao)(yao)意義，是(shi)膜(mo)(mo)(mo)技(ji)(ji)(ji)(ji)術領域亟(ji)需突破的(de)關(guan)鍵科技(ji)(ji)(ji)(ji)問題。綜述了(le)(le)膜(mo)(mo)(mo)法(fa)污(wu)水(shui)(shui)處理(li)技(ji)(ji)(ji)(ji)術的(de)應用與(yu)發(fa)展動態，探討(tao)了(le)(le)膜(mo)(mo)(mo)法(fa)污(wu)水(shui)(shui)處理(li)技(ji)(ji)(ji)(ji)術統(tong)(tong)籌“高標準”需求與(yu)“碳中(zhong)和(he)”導向(xiang)的(de)發(fa)展思(si)路，圍繞系統(tong)(tong)評估(gu)、節能降耗(hao)、資源(yuan)能源(yuan)回收、再生(sheng)水(shui)(shui)利用、膜(mo)(mo)(mo)材料再生(sheng)和(he)數(shu)字化(hua)(hua)(hua)轉型對膜(mo)(mo)(mo)法(fa)污(wu)水(shui)(shui)處理(li)技(ji)(ji)(ji)(ji)術的(de)重點攻關(guan)方向(xiang)進行(xing)了(le)(le)研判(pan)與(yu)展望，以推動膜(mo)(mo)(mo)法(fa)污(wu)水(shui)(shui)處理(li)技(ji)(ji)(ji)(ji)術朝著綠(lv)色(se)低(di)碳化(hua)(hua)(hua)不(bu)斷革新與(yu)迭代升級。
1 膜法污水處理技術應用與發展動態
近年來，在環(huan)境(jing)功能質量提升(sheng)需求驅(qu)動下(xia)，膜(mo)法污水處(chu)理技(ji)術(shu)發(fa)展迅速，工程應用(yong)規模快速增加。在新型膜(mo)材料(liao)研制、前沿膜(mo)技(ji)術(shu)研究和高效(xiao)低(di)耗膜(mo)工藝開發(fa)及應用(yong)等(deng)方面取得(de)了長足(zu)進步。以下(xia)將從技(ji)術(shu)應用(yong)、技(ji)術(shu)能效(xiao)、材料(liao)性能等(deng)三個方面概述(shu)膜(mo)法污水處(chu)理技(ji)術(shu)的應用(yong)與發(fa)展動態。
1.1 膜法污水處理技術應用
近(jin)年(nian)(nian)來，膜(mo)法(fa)污(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)技(ji)術(shu)(shu)(shu)在(zai)市政(zheng)污(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)和工(gong)(gong)業(ye)廢(fei)(fei)(fei)水(shui)(shui)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)領域得到廣泛應用(yong)(yong)。在(zai)市政(zheng)污(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)與資源化(hua)領域，膜(mo)生物(wu)反(fan)應器（MBR）應用(yong)(yong)最為廣泛。截(jie)至(zhi)2021年(nian)(nian)，我國(guo)已有超過500座(zuo)MBR市政(zheng)污(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)工(gong)(gong)程（僅統計處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)規模(mo)> 1萬(wan)m³/d），總處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)規模(mo)超1 600萬(wan)m³/d。在(zai)工(gong)(gong)業(ye)廢(fei)(fei)(fei)水(shui)(shui)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)與循環利(li)用(yong)(yong)方面(mian)，膜(mo)法(fa)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)技(ji)術(shu)(shu)(shu)在(zai)石油(you)化(hua)工(gong)(gong)、煤化(hua)工(gong)(gong)、鋼(gang)鐵(tie)、生物(wu)醫藥、微電子等(deng)廢(fei)(fei)(fei)水(shui)(shui)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)中(zhong)均有應用(yong)(yong)。MBR在(zai)石油(you)化(hua)工(gong)(gong)和綜(zong)合(he)產業(ye)園區廢(fei)(fei)(fei)水(shui)(shui)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)中(zhong)使(shi)用(yong)(yong)比例(li)達58%~75%。截(jie)至(zhi)2021年(nian)(nian)，我國(guo)有300余座(zuo)大型工(gong)(gong)業(ye)廢(fei)(fei)(fei)水(shui)(shui)MBR處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)工(gong)(gong)程（70%左右的工(gong)(gong)程處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)能力達1萬(wan)~5萬(wan)m³/d）。為進一步實現污(wu)(wu)(wu)染物(wu)深度削減，MBR可與高壓(ya)膜(mo)技(ji)術(shu)(shu)(shu)聯用(yong)(yong)。雙(shuang)膜(mo)法(fa)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)技(ji)術(shu)(shu)(shu)［如微濾（MF）/超濾（UF）+納濾（NF）/反(fan)滲透(tou)（RO）］是工(gong)(gong)業(ye)廢(fei)(fei)(fei)水(shui)(shui)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)與循環利(li)用(yong)(yong)的常用(yong)(yong)組合(he)工(gong)(gong)藝(yi)。我國(guo)煤化(hua)工(gong)(gong)和鋼(gang)鐵(tie)等(deng)工(gong)(gong)業(ye)廢(fei)(fei)(fei)水(shui)(shui)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)中(zhong)，雙(shuang)膜(mo)法(fa)使(shi)用(yong)(yong)比例(li)達72%~90%。以(yi)NF/RO為核心(xin)的膜(mo)法(fa)分鹽濃縮技(ji)術(shu)(shu)(shu)，在(zai)電力、煤化(hua)工(gong)(gong)、鋼(gang)鐵(tie)等(deng)工(gong)(gong)業(ye)廢(fei)(fei)(fei)水(shui)(shui)零排放建設中(zhong)發(fa)揮了重要作用(yong)(yong)。電滲析（ED）等(deng)電驅(qu)動的膜(mo)法(fa)水(shui)(shui)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)技(ji)術(shu)(shu)(shu)，可用(yong)(yong)于重金(jin)(jin)屬離子分離、酸/堿回(hui)收和含鹽廢(fei)(fei)(fei)水(shui)(shui)淡(dan)化(hua)等(deng)，在(zai)冶(ye)金(jin)(jin)、采礦、脫硫等(deng)廢(fei)(fei)(fei)水(shui)(shui)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)中(zhong)的應用(yong)(yong)日漸增多。
1.2 膜法污水處理技術效能
隨著技(ji)術(shu)不(bu)斷迭代，膜法污(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)(shui)處(chu)理(li)(li)(li)技(ji)術(shu)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)耗(hao)(hao)不(bu)斷下降(jiang)（見圖1）。市政(zheng)污(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)(shui)中MBR能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)耗(hao)(hao)一(yi)般在(zai)0.3~0.9 kW·h/m³，在(zai)大(da)(da)型MBR處(chu)理(li)(li)(li)工(gong)程(cheng)（處(chu)理(li)(li)(li)量大(da)(da)于(yu)(yu)5萬(wan)m³/d）中能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)耗(hao)(hao)為0.3~0.5 kW·h/m³，接(jie)近傳統生物處(chu)理(li)(li)(li)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)耗(hao)(hao)。工(gong)業廢水(shui)(shui)(shui)(shui)處(chu)理(li)(li)(li)中MBR技(ji)術(shu)的(de)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)耗(hao)(hao)主要取決于(yu)(yu)廢水(shui)(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)(shui)質(zhi)(zhi)，通(tong)常廢水(shui)(shui)(shui)(shui)處(chu)理(li)(li)(li)難度越大(da)(da)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)耗(hao)(hao)越高（一(yi)般高于(yu)(yu)市政(zheng)污(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)(shui)處(chu)理(li)(li)(li)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)耗(hao)(hao)），在(zai)0.5~1.5 kW·h/m³。NF和RO處(chu)理(li)(li)(li)市政(zheng)污(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)(shui)的(de)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)耗(hao)(hao)為0.5~2.4 kW·h/m³。參考(kao)海(hai)水(shui)(shui)(shui)(shui)淡化(hua)（SWRO）能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)耗(hao)(hao)，當處(chu)理(li)(li)(li)廢水(shui)(shui)(shui)(shui)鹽(yan)濃度達75 000 mg/L時，NF產(chan)水(shui)(shui)(shui)(shui)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)耗(hao)(hao)在(zai)2.0 kW·h/m³以(yi)上，RO產(chan)水(shui)(shui)(shui)(shui)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)耗(hao)(hao)在(zai)2.6 kW·h/m³以(yi)上。ED處(chu)理(li)(li)(li)鹽(yan)濃度上限為100 000 mg/L，產(chan)水(shui)(shui)(shui)(shui)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)耗(hao)(hao)根據進(jin)水(shui)(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)(shui)質(zhi)(zhi)不(bu)同而波動較(jiao)大(da)(da)，范圍為3~850 kW·h/m³。未來通(tong)過組(zu)合工(gong)藝優化(hua)、資(zi)源能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源回(hui)收(shou)、膜污(wu)(wu)染控制(zhi)等手段(duan)可以(yi)進(jin)一(yi)步降(jiang)低膜法污(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)(shui)處(chu)理(li)(li)(li)的(de)降(jiang)耗(hao)(hao)。
1.3 膜材料性能
膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)材料性(xing)能對(dui)(dui)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)系(xi)統(tong)處理(li)效率(lv)和(he)經濟性(xing)能至關重(zhong)要(yao)(yao)。MF和(he)UF膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)材料制(zhi)備技術(shu)相(xiang)對(dui)(dui)成熟，以(yi)MF和(he)UF膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)為核心(xin)的(de)(de)(de)(de)MBR運行通(tong)量通(tong)常在15~25 L/(m²·h)，膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)使用壽命(ming)為5~10年(nian)。MF和(he)UF膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)前沿領域主要(yao)(yao)聚焦于膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)材料的(de)(de)(de)(de)抗有(you)機污(wu)染(ran)改(gai)(gai)性(xing)、抗生物污(wu)染(ran)改(gai)(gai)性(xing)及其長期效能提(ti)升等方面。NF膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)在實際運行中(zhong)(zhong)(zhong)通(tong)量一(yi)般小于20 L/(m²·h·bar)(1 bar=0.1 MPa)，可截留超(chao)過95%的(de)(de)(de)(de)二價(jia)鹽；RO膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)在苦咸水/海水淡(dan)化過程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)通(tong)量為1~8 L/(m²·h·bar)，對(dui)(dui)一(yi)價(jia)鹽的(de)(de)(de)(de)截留率(lv)達99.7%以(yi)上，使用壽命(ming)為3~7年(nian)。對(dui)(dui)于NF和(he)RO膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)，探索打破(po)過濾(lv)性(xing)能-選擇性(xing)制(zhi)衡關系(xi)（trade-off）的(de)(de)(de)(de)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)材料是(shi)研究前沿，改(gai)(gai)變多孔支撐層的(de)(de)(de)(de)結構和(he)表面特性(xing)、在界面聚合過程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)引入(ru)納(na)米(mi)顆粒以(yi)及通(tong)過反應(ying)界面原位(wei)產(chan)熱(re)與(yu)納(na)米(mi)氣泡產(chan)生的(de)(de)(de)(de)精(jing)細調(diao)控(kong)，有(you)助(zhu)于制(zhi)備突破(po)trade-off瓶頸的(de)(de)(de)(de)高性(xing)能NF、RO膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)（見圖(tu)2）。然而(er)，在長期運行中(zhong)(zhong)(zhong)不(bu)可恢復污(wu)染(ran)逐步累積，膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)通(tong)量最(zui)終難以(yi)達到產(chan)水要(yao)(yao)求，從而(er)不(bu)得不(bu)報廢(fei)并更換新膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)。因此，在“雙碳(tan)”背(bei)景下，膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)材料的(de)(de)(de)(de)評價(jia)指標(biao)不(bu)僅應(ying)包含傳統(tong)的(de)(de)(de)(de)過濾(lv)性(xing)能、抗污(wu)染(ran)性(xing)能等，而(er)且應(ying)增加碳(tan)排(pai)放維(wei)度的(de)(de)(de)(de)相(xiang)應(ying)指標(biao)，從而(er)指導高性(xing)能膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)材料的(de)(de)(de)(de)低碳(tan)研發與(yu)可持續應(ying)用。
圖2 膜材料(liao)性(xing)能與突破水通量和(he)截留率相互制約關系及其調(diao)控(kong)
2“高標準”與“碳中和”之間的制衡關系
在碳(tan)(tan)(tan)(tan)達(da)峰、碳(tan)(tan)(tan)(tan)中和導向(xiang)下(xia)(xia)，污(wu)水(shui)(shui)(shui)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)與資源化(hua)(hua)(hua)(hua)必將向(xiang)綠色低碳(tan)(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)(hua)方(fang)向(xiang)邁進。但與此同時，以水(shui)(shui)(shui)環境功能質量保障為(wei)導向(xiang)，在相(xiang)當(dang)長一段(duan)時期內仍然執(zhi)行嚴格的污(wu)水(shui)(shui)(shui)排(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)放(fang)(fang)(fang)(fang)標(biao)(biao)(biao)準(zhun)(zhun)。然而，高(gao)(gao)標(biao)(biao)(biao)準(zhun)(zhun)的處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)往(wang)往(wang)是(shi)以高(gao)(gao)能耗(hao)、高(gao)(gao)物耗(hao)、高(gao)(gao)碳(tan)(tan)(tan)(tan)排(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)為(wei)代價。圖(tu)3列舉了不同排(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)放(fang)(fang)(fang)(fang)標(biao)(biao)(biao)準(zhun)(zhun)下(xia)(xia)常(chang)見污(wu)水(shui)(shui)(shui)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)工(gong)藝(yi)的碳(tan)(tan)(tan)(tan)排(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)放(fang)(fang)(fang)(fang)強(qiang)度。可見，隨著排(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)放(fang)(fang)(fang)(fang)標(biao)(biao)(biao)準(zhun)(zhun)提升(sheng)碳(tan)(tan)(tan)(tan)排(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)放(fang)(fang)(fang)(fang)強(qiang)度顯著升(sheng)高(gao)(gao)。相(xiang)較(jiao)于采用(yong)(yong)傳統曝氣池等處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)工(gong)藝(yi)使出(chu)(chu)水(shui)(shui)(shui)滿足《城鎮污(wu)水(shui)(shui)(shui)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)廠污(wu)染(ran)物排(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)放(fang)(fang)(fang)(fang)標(biao)(biao)(biao)準(zhun)(zhun)》（GB 18918—2002）二級(ji)(ji)排(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)放(fang)(fang)(fang)(fang)標(biao)(biao)(biao)準(zhun)(zhun)的情況，在采用(yong)(yong)AAO、氧化(hua)(hua)(hua)(hua)溝(gou)以及序批式活(huo)性污(wu)泥法（SBR）等工(gong)藝(yi)使出(chu)(chu)水(shui)(shui)(shui)達(da)到GB 18918一級(ji)(ji)B排(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)放(fang)(fang)(fang)(fang)標(biao)(biao)(biao)準(zhun)(zhun)后(hou)，碳(tan)(tan)(tan)(tan)排(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)放(fang)(fang)(fang)(fang)強(qiang)度增(zeng)加(jia)44.1%。為(wei)了進一步使出(chu)(chu)水(shui)(shui)(shui)滿足GB 18918一級(ji)(ji)A排(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)放(fang)(fang)(fang)(fang)標(biao)(biao)(biao)準(zhun)(zhun)而增(zeng)加(jia)深度處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)環節后(hou)，污(wu)水(shui)(shui)(shui)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)工(gong)藝(yi)碳(tan)(tan)(tan)(tan)排(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)放(fang)(fang)(fang)(fang)強(qiang)度比GB 18918一級(ji)(ji)B排(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)放(fang)(fang)(fang)(fang)標(biao)(biao)(biao)準(zhun)(zhun)提高(gao)(gao)24.1%。污(wu)水(shui)(shui)(shui)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)過(guo)程的碳(tan)(tan)(tan)(tan)排(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)主要(yao)來自于電耗(hao)、化(hua)(hua)(hua)(hua)學品消(xiao)耗(hao)、污(wu)染(ran)物直接碳(tan)(tan)(tan)(tan)排(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)等主要(yao)碳(tan)(tan)(tan)(tan)排(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)放(fang)(fang)(fang)(fang)環節，高(gao)(gao)標(biao)(biao)(biao)準(zhun)(zhun)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)必將導致(zhi)曝氣強(qiang)度提高(gao)(gao)、藥耗(hao)增(zeng)加(jia)等，污(wu)水(shui)(shui)(shui)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)系統的碳(tan)(tan)(tan)(tan)排(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)放(fang)(fang)(fang)(fang)隨之增(zeng)加(jia)。因此，碳(tan)(tan)(tan)(tan)排(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)放(fang)(fang)(fang)(fang)與高(gao)(gao)標(biao)(biao)(biao)準(zhun)(zhun)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)的交織，為(wei)膜(mo)法污(wu)水(shui)(shui)(shui)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)技術的可持續(xu)發展帶來了嚴峻挑戰。
注：圖中不同排放(fang)標準(zhun)條件下所列碳排放(fang)強度對應不同處理(li)工藝(yi)(yi)，滿(man)(man)足GB 18918二級(ji)排放(fang)標準(zhun)時(shi)采(cai)(cai)用(yong)傳統(tong)生物曝氣池工藝(yi)(yi)；滿(man)(man)足GB 18918一級(ji)B排放(fang)標準(zhun)時(shi)采(cai)(cai)用(yong)AAO、氧(yang)(yang)化溝、SBR等工藝(yi)(yi)；滿(man)(man)足GB 18918一級(ji)A排放(fang)標準(zhun)時(shi)采(cai)(cai)用(yong)二級(ji)處理(li)+深度處理(li)組合工藝(yi)(yi)，其中深度處理(li)工藝(yi)(yi)包(bao)括吸附(fu)、過濾(lv)、高級(ji)氧(yang)(yang)化等
圖3 不同排放(fang)標準下常見污水處理工(gong)藝(yi)碳排放(fang)變化
針對碳中和(he)與高標準處(chu)理(li)之間(jian)的(de)(de)矛盾，需要兼顧水(shui)環(huan)(huan)境(jing)容量/功能(neng)要求(qiu)和(he)環(huan)(huan)境(jing)綜合效益(yi)，考慮(lv)技(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)物(wu)質、能(neng)量和(he)資源(yuan)輸(shu)入(ru)輸(shu)出，衡(heng)量處(chu)理(li)技(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)物(wu)耗、能(neng)耗和(he)碳排，研發(fa)“適(shi)宜”的(de)(de)膜法污水(shui)處(chu)理(li)技(ji)術(shu)(shu)和(he)組(zu)合技(ji)術(shu)(shu)。與此(ci)同(tong)時(shi)，需要進一步關注膜法污水(shui)處(chu)理(li)技(ji)術(shu)(shu)本身的(de)(de)創新與綠色低(di)碳發(fa)展(zhan)。可(ke)以從節能(neng)降耗、資源(yuan)能(neng)源(yuan)回(hui)收、再生(sheng)水(shui)利用(yong)和(he)膜材料再生(sheng)等四個方面開展(zhan)攻關：
節(jie)(jie)能(neng)降(jiang)耗，在符合(he)標準(zhun)要求前提下進行適度處理，通過技術更迭、節(jie)(jie)能(neng)設備的開發與(yu)應用(yong)，結合(he)工(gong)藝優化(hua)與(yu)精準(zhun)調控(kong)，實現節(jie)(jie)能(neng)降(jiang)耗和(he)碳排(pai)削減；
資(zi)源能源回(hui)收(shou)，基(ji)于(yu)技術耦合(he)構建新型膜組合(he)工藝，通過強化膜的分離與轉化功能，以資(zi)源能源回(hui)收(shou)的形式實(shi)現部分碳排抵消；
再生水(shui)利用，建立基于不(bu)同膜技術的分質再生水(shui)回收(shou)利用系(xi)統，通過再生水(shui)回用進行碳排抵消；
膜(mo)材料(liao)再生，膜(mo)材料(liao)的(de)處理(li)處置(zhi)是膜(mo)法污水(shui)處理(li)碳(tan)排(pai)放的(de)重要環節，研發膜(mo)材料(liao)的(de)可(ke)(ke)持續再生利用技術(shu)，通過膜(mo)材料(liao)再生抵(di)消部分碳(tan)排(pai)，可(ke)(ke)以(yi)進一步提升(sheng)膜(mo)法污水(shui)處理(li)技術(shu)的(de)競(jing)爭力。
3 膜法污水處理技術的綠色低碳化發展思考與建議
3.1 綠色低碳化發展的主要方向
3.1.1 系統評估膜法污水處理減污降碳潛力
在“雙碳(tan)(tan)(tan)(tan)”背景(jing)下，系(xi)統研(yan)究和(he)評估(gu)膜(mo)(mo)法(fa)(fa)污(wu)(wu)水(shui)(shui)處(chu)理系(xi)統的(de)(de)碳(tan)(tan)(tan)(tan)排(pai)(pai)放(fang)(fang)與減(jian)污(wu)(wu)降碳(tan)(tan)(tan)(tan)潛力是(shi)技術(shu)綠色低(di)碳(tan)(tan)(tan)(tan)化(hua)發展的(de)(de)重要(yao)前提。根(gen)據膜(mo)(mo)法(fa)(fa)污(wu)(wu)水(shui)(shui)處(chu)理過(guo)(guo)程(cheng)中碳(tan)(tan)(tan)(tan)排(pai)(pai)放(fang)(fang)的(de)(de)來源(yuan)(yuan)，碳(tan)(tan)(tan)(tan)排(pai)(pai)放(fang)(fang)可(ke)分為直接(jie)碳(tan)(tan)(tan)(tan)排(pai)(pai)與間(jian)接(jie)碳(tan)(tan)(tan)(tan)排(pai)(pai)（見圖4）。直接(jie)碳(tan)(tan)(tan)(tan)排(pai)(pai)主要(yao)是(shi)指污(wu)(wu)染(ran)物在膜(mo)(mo)法(fa)(fa)污(wu)(wu)水(shui)(shui)處(chu)理過(guo)(guo)程(cheng)中通過(guo)(guo)生(sheng)化(hua)等反應(ying)產(chan)生(sheng)的(de)(de)逸散性溫室氣體排(pai)(pai)放(fang)(fang)，如CH4（無(wu)組織排(pai)(pai)放(fang)(fang)）、N2O等；間(jian)接(jie)碳(tan)(tan)(tan)(tan)排(pai)(pai)是(shi)指包括膜(mo)(mo)材(cai)料生(sheng)產(chan)與制造、膜(mo)(mo)組件清洗與維護、膜(mo)(mo)法(fa)(fa)污(wu)(wu)水(shui)(shui)處(chu)理工藝運行操作和(he)膜(mo)(mo)材(cai)料報(bao)廢與處(chu)置等過(guo)(guo)程(cheng)產(chan)生(sheng)的(de)(de)碳(tan)(tan)(tan)(tan)排(pai)(pai)放(fang)(fang)。同時，在膜(mo)(mo)法(fa)(fa)污(wu)(wu)水(shui)(shui)處(chu)理過(guo)(guo)程(cheng)中存在碳(tan)(tan)(tan)(tan)減(jian)排(pai)(pai)，即通過(guo)(guo)膜(mo)(mo)法(fa)(fa)污(wu)(wu)水(shui)(shui)處(chu)理技術(shu)實(shi)現能(neng)源(yuan)(yuan)/資源(yuan)(yuan)的(de)(de)回(hui)收(shou)利用(yong)，代替化(hua)學品或化(hua)石能(neng)源(yuan)(yuan)進而(er)補(bu)償和(he)削減(jian)溫室氣體排(pai)(pai)放(fang)(fang)。例如，厭氧膜(mo)(mo)生(sheng)物反應(ying)器（AnMBR）在污(wu)(wu)水(shui)(shui)處(chu)理過(guo)(guo)程(cheng)中產(chan)生(sheng)的(de)(de)甲烷，經(jing)熱電聯產(chan)等可(ke)實(shi)現碳(tan)(tan)(tan)(tan)減(jian)排(pai)(pai)；回(hui)收(shou)的(de)(de)氮磷(lin)等資源(yuan)(yuan)可(ke)作為肥(fei)料使(shi)用(yong)實(shi)現碳(tan)(tan)(tan)(tan)減(jian)排(pai)(pai)等。
目前(qian)，關于(yu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)法污(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)系(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)碳(tan)排(pai)放(fang)(fang)與(yu)(yu)(yu)減(jian)污(wu)(wu)降碳(tan)潛力(li)尚缺乏(fa)系(xi)(xi)統(tong)(tong)研究，需要將(jiang)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)法污(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)處理(li)系(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)預處理(li)、膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)過(guo)濾、濃液處理(li)、資源回收和膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)再生水(shui)(shui)(shui)回用等(deng)單(dan)元(yuan)統(tong)(tong)籌(chou)考慮，在各單(dan)元(yuan)碳(tan)排(pai)底數摸排(pai)和能源強度科學計算的(de)基(ji)礎上，系(xi)(xi)統(tong)(tong)研究和評估(gu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)法污(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)處理(li)系(xi)(xi)統(tong)(tong)碳(tan)排(pai)放(fang)(fang)與(yu)(yu)(yu)碳(tan)減(jian)排(pai)潛力(li)，建(jian)(jian)立膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)法污(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)處理(li)系(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)全(quan)(quan)系(xi)(xi)統(tong)(tong)、全(quan)(quan)過(guo)程、全(quan)(quan)生命周期碳(tan)排(pai)放(fang)(fang)評價體系(xi)(xi)。進(jin)一步解析膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)法污(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)處理(li)系(xi)(xi)統(tong)(tong)建(jian)(jian)設、運行(xing)(xing)和維護等(deng)基(ji)礎碳(tan)排(pai)活動，對膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)法污(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)處理(li)設施建(jian)(jian)設、膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)材料生產與(yu)(yu)(yu)制(zhi)造、膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)單(dan)元(yuan)運行(xing)(xing)、膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)組件(jian)清洗(xi)與(yu)(yu)(yu)維護等(deng)碳(tan)排(pai)項目進(jin)行(xing)(xing)分(fen)類(lei)識別，揭示膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)法污(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)處理(li)系(xi)(xi)統(tong)(tong)中物質(zhi)流(liu)、能量(liang)流(liu)與(yu)(yu)(yu)碳(tan)排(pai)放(fang)(fang)的(de)關系(xi)(xi)，追蹤系(xi)(xi)統(tong)(tong)碳(tan)足跡并(bing)明確(que)各環節碳(tan)排(pai)指標，構建(jian)(jian)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)法污(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)系(xi)(xi)統(tong)(tong)碳(tan)排(pai)放(fang)(fang)清單(dan)。
3.1.2 持續推進膜法污水處理技術節能降耗
持續(xu)推進膜(mo)(mo)法污(wu)水(shui)處(chu)理技(ji)(ji)術(shu)節(jie)能(neng)降(jiang)耗，是膜(mo)(mo)法污(wu)水(shui)處(chu)理技(ji)(ji)術(shu)綠色(se)低碳化發展的重要著力點。常見膜(mo)(mo)法污(wu)水(shui)處(chu)理技(ji)(ji)術(shu)的能(neng)耗組成如表1所示，主要包括過濾能(neng)耗、曝氣能(neng)耗（對于MBR）、清洗(xi)能(neng)耗及其他能(neng)耗。同時，膜(mo)(mo)污(wu)染作(zuo)為膜(mo)(mo)技(ji)(ji)術(shu)運行過程中伴生(sheng)問題，導(dao)致頻繁清洗(xi)、增加過濾能(neng)耗、縮短膜(mo)(mo)壽命，嚴重制約膜(mo)(mo)技(ji)(ji)術(shu)的經濟性能(neng)。膜(mo)(mo)法污(wu)水(shui)處(chu)理技(ji)(ji)術(shu)節(jie)能(neng)降(jiang)耗主要可從三個(ge)方面入手：膜(mo)(mo)污(wu)染機(ji)理研(yan)究與膜(mo)(mo)污(wu)染控制、抗污(wu)染膜(mo)(mo)材料的開發與應用和膜(mo)(mo)工(gong)藝的集(ji)成優化。
（1）膜(mo)(mo)污(wu)染機理研(yan)究與膜(mo)(mo)污(wu)染控(kong)制。膜(mo)(mo)污(wu)染形成過程(cheng)中(zhong)，顆粒態(tai)(tai)污(wu)染物(wu)(wu)、膠體及(ji)(ji)溶解態(tai)(tai)有(you)(you)機物(wu)(wu)的(de)污(wu)染行(xing)為存在差(cha)(cha)異(yi)，由顆粒態(tai)(tai)污(wu)染物(wu)(wu)引發的(de)膜(mo)(mo)污(wu)染與通(tong)量(liang)、錯流速率直接(jie)相關，而(er)膠體及(ji)(ji)溶解態(tai)(tai)有(you)(you)機物(wu)(wu)污(wu)染則與通(tong)量(liang)、錯流速率無直接(jie)聯系。對水力停留時間、曝(pu)氣強(qiang)度、運行(xing)通(tong)量(liang)、清洗周期等參數進行(xing)優化(hua)，有(you)(you)助于膜(mo)(mo)污(wu)染控(kong)制和膜(mo)(mo)處理工藝的(de)節能降(jiang)耗(hao)。在MBR處理工藝中(zhong)（見表2），根(gen)據在線膜(mo)(mo)污(wu)染檢測(ce)系統(tong)，識別(bie)膜(mo)(mo)污(wu)染的(de)動態(tai)(tai)變(bian)化(hua)，針對污(wu)染層(ceng)厚度以及(ji)(ji)跨(kua)膜(mo)(mo)壓差(cha)(cha)的(de)變(bian)化(hua)，可聯動控(kong)制膜(mo)(mo)曝(pu)氣量(liang)，使曝(pu)氣強(qiang)度降(jiang)低22%以上。
（2）抗污染(ran)膜(mo)(mo)材料的(de)開發與(yu)應用。在(zai)明晰污染(ran)物(wu)(wu)的(de)界(jie)面粘附(fu)行(xing)為(wei)及與(yu)膜(mo)(mo)面官能(neng)團-污染(ran)物(wu)(wu)作用機制(zhi)基(ji)礎上，可(ke)基(ji)于(yu)功能(neng)材料共混(hun)/接枝改性制(zhi)備針(zhen)對(dui)膠體及溶(rong)解態污染(ran)物(wu)(wu)的(de)抗污染(ran)膜(mo)(mo)材料。同時(shi)，可(ke)在(zai)膜(mo)(mo)面或膜(mo)(mo)基(ji)體中負載抗菌劑(ji)（如(ru)季銨(an)鹽、金屬納米(mi)顆粒等），通(tong)過抗菌劑(ji)的(de)釋(shi)放(fang)或直接接觸抑制(zhi)微生物(wu)(wu)在(zai)膜(mo)(mo)面的(de)滋生。
（3）膜(mo)分(fen)離(li)工(gong)藝(yi)的(de)集成優(you)(you)化。膜(mo)工(gong)藝(yi)集成優(you)(you)化是實現(xian)膜(mo)法(fa)污(wu)(wu)水處(chu)理技術節(jie)能降耗的(de)重要途(tu)徑。針(zhen)對膜(mo)工(gong)藝(yi)中纖維類雜質(zhi)污(wu)(wu)堵(du)、纏繞問題，可(ke)開發高精度(du)(du)的(de)雜質(zhi)分(fen)離(li)技術進行預處(chu)理。針(zhen)對不同膜(mo)組(zu)件(jian)結構和布設(she)條件(jian)，合理規劃膜(mo)組(zu)件(jian)的(de)多層布設(she)，可(ke)以(yi)顯著(zhu)降低(di)系統能耗。在實際處(chu)理工(gong)程中增大膜(mo)組(zu)件(jian)的(de)布設(she)密度(du)(du)，優(you)(you)化曝氣(qi)時(shi)間和強(qiang)度(du)(du)（見表2），可(ke)使運(yun)行能耗降低(di)40%~75%。
3.1.3 加速革新膜法資源化能源化技術
在“雙碳”背景(jing)下，推(tui)進(jin)膜技(ji)(ji)術與其他資(zi)(zi)源(yuan)化(hua)能(neng)源(yuan)化(hua)技(ji)(ji)術耦合，是技(ji)(ji)術綠色低碳化(hua)發(fa)展的(de)重要方(fang)向(xiang)。污(wu)水的(de)資(zi)(zi)源(yuan)化(hua)能(neng)源(yuan)化(hua)是指將污(wu)水視為一(yi)種資(zi)(zi)源(yuan)和能(neng)源(yuan)，通過(guo)應用(yong)相關技(ji)(ji)術使資(zi)(zi)源(yuan)回(hui)收、能(neng)源(yuan)回(hui)收和污(wu)水再(zai)生(sheng)利用(yong)。膜技(ji)(ji)術及其組合技(ji)(ji)術的(de)應用(yong)，可以(yi)進(jin)一(yi)步強化(hua)污(wu)水的(de)資(zi)(zi)源(yuan)與能(neng)源(yuan)回(hui)收（見圖5）。
在(zai)膜(mo)法污(wu)(wu)水資源(yuan)化(hua)方面，主要的(de)資源(yuan)化(hua)途徑包括水資源(yuan)回收和氮、磷回收。針對污(wu)(wu)水中(zhong)存在(zai)的(de)有毒有害污(wu)(wu)染(ran)物影響(xiang)再(zai)生水安(an)全利用(yong)問題(ti)，可將(jiang)膜(mo)技術與高(gao)級氧化(hua)技術進(jin)行(xing)有效耦合，從而提升污(wu)(wu)染(ran)物的(de)去(qu)除效能。如鈀(ba)負載陽極電催化(hua)膜(mo)能夠(gou)在(zai)數毫(hao)秒至數秒的(de)接觸時間內(nei)實現難降解污(wu)(wu)染(ran)物90%以上去(qu)除率。人工(gong)納(na)米水通道修飾膜(mo)能將(jiang)納(na)濾膜(mo)對疏水內(nei)分(fen)泌干擾(rao)物的(de)選擇性提高(gao)2~3倍。污(wu)(wu)水中(zhong)蘊涵的(de)氮資源(yuan)約320萬t/年，磷資源(yuan)達34萬t/年。采用(yong)適宜的(de)膜(mo)處理技術對氮、磷進(jin)行(xing)回收，可以資源(yuan)再(zai)生抵消(xiao)部分(fen)碳排(pai)。
在(zai)膜(mo)法污(wu)水(shui)能源化方面，膜(mo)技(ji)(ji)術(shu)(shu)通過與(yu)特(te)定能源化技(ji)(ji)術(shu)(shu)耦(ou)合，可(ke)以(yi)(yi)強化從污(wu)水(shui)中(zhong)回(hui)收再生和清潔能源（如甲(jia)(jia)烷(wan)、氫氣(qi)、電(dian)能等）。污(wu)水(shui)排放(fang)的(de)化學需氧(yang)(yang)(yang)(yang)量(liang)（COD）為(wei)(wei)2 500萬t/年(nian)，以(yi)(yi)0.2 m³甲(jia)(jia)烷(wan)/kgCOD的(de)產率計算，每(mei)年(nian)可(ke)產出約60億m³甲(jia)(jia)烷(wan)，理(li)論上可(ke)滿(man)足我國2%的(de)天(tian)然氣(qi)需求（天(tian)然氣(qi)消費量(liang)3 000億m³/年(nian)）。當污(wu)水(shui)中(zhong)33%以(yi)(yi)上碳源以(yi)(yi)甲(jia)(jia)烷(wan)形式(shi)回(hui)收和利用時，即有望(wang)實(shi)(shi)現(xian)污(wu)水(shui)處理(li)廠能量(liang)自(zi)給(gei)。AnMBR技(ji)(ji)術(shu)(shu)相(xiang)比傳(chuan)統厭(yan)氧(yang)(yang)(yang)(yang)技(ji)(ji)術(shu)(shu)，具有獨立控(kong)制污(wu)泥停留時間（SRT）和水(shui)力停留時間（HRT）、固液分離效率高(gao)、容積負荷高(gao)等優(you)勢，已在(zai)高(gao)濃(nong)度有機廢(fei)水(shui)（如食品(pin)(pin)加工廢(fei)水(shui)等）中(zhong)得到應用，目前最大規模AnMBR工程達1 500 m³/d。近年(nian)來，自(zi)生動態膜(mo)與(yu)厭(yan)氧(yang)(yang)(yang)(yang)技(ji)(ji)術(shu)(shu)耦(ou)合的(de)厭(yan)氧(yang)(yang)(yang)(yang)動態膜(mo)生物反應器(qi)（AnDMBR）技(ji)(ji)術(shu)(shu)得到關注。在(zai)應用于污(wu)泥厭(yan)氧(yang)(yang)(yang)(yang)消化時，相(xiang)比傳(chuan)統厭(yan)氧(yang)(yang)(yang)(yang)消化技(ji)(ji)術(shu)(shu)，污(wu)泥濃(nong)縮倍數可(ke)提(ti)升150%，消化效率和甲(jia)(jia)烷(wan)產率可(ke)提(ti)升50%以(yi)(yi)上，實(shi)(shi)現(xian)能量(liang)凈輸(shu)出0.57 kW·h/kgVS。此(ci)外，疏水(shui)膜(mo)氣(qi)提(ti)技(ji)(ji)術(shu)(shu)可(ke)以(yi)(yi)用于厭(yan)氧(yang)(yang)(yang)(yang)消化反應器(qi)出水(shui)中(zhong)溶解態甲(jia)(jia)烷(wan)（20~26 mg/L）的(de)回(hui)收。反滲(shen)透（RO）、電(dian)滲(shen)析(xi)（ED）等膜(mo)技(ji)(ji)術(shu)(shu)因具有可(ke)制得高(gao)品(pin)(pin)質純水(shui)的(de)技(ji)(ji)術(shu)(shu)優(you)勢，能夠為(wei)(wei)電(dian)解水(shui)制氫提(ti)供必需的(de)原材料，在(zai)氫能回(hui)收領域有望(wang)得到應用。
3.1.4 統籌做好膜法所產再生水的循環利用
膜(mo)(mo)法(fa)工(gong)藝(yi)可(ke)(ke)基(ji)于不同(tong)膜(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)分離機制和(he)處理效果(guo)，在不同(tong)工(gong)段分級(ji)產(chan)出(chu)梯度(du)(du)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)質的(de)(de)(de)(de)再(zai)生(sheng)(sheng)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)，滿足城市雜用、河道補水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)、綠地(di)灌(guan)溉(gai)、景觀環(huan)境用水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)、生(sheng)(sheng)產(chan)回(hui)(hui)用等多種再(zai)生(sheng)(sheng)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)應用場景，實現碳(tan)(tan)排(pai)抵消(xiao)。膜(mo)(mo)法(fa)所(suo)(suo)(suo)產(chan)再(zai)生(sheng)(sheng)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)碳(tan)(tan)減排(pai)效益可(ke)(ke)按照回(hui)(hui)用地(di)區(qu)自來(lai)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)產(chan)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)碳(tan)(tan)排(pai)與膜(mo)(mo)工(gong)藝(yi)產(chan)出(chu)再(zai)生(sheng)(sheng)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)過(guo)程碳(tan)(tan)排(pai)的(de)(de)(de)(de)差值(zhi)進(jin)行估算(suan)，其中產(chan)出(chu)再(zai)生(sheng)(sheng)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)過(guo)程的(de)(de)(de)(de)碳(tan)(tan)排(pai)可(ke)(ke)通過(guo)膜(mo)(mo)工(gong)藝(yi)能源(yuan)強度(du)(du)乘(cheng)以區(qu)域電網碳(tan)(tan)排(pai)放(fang)系數計算(suan)。以華(hua)東地(di)區(qu)為(wei)例，自來(lai)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)單位(wei)碳(tan)(tan)排(pai)為(wei)0.77 kgCO2/m³，當使(shi)用超濾(lv)(lv)所(suo)(suo)(suo)產(chan)低(di)品質再(zai)生(sheng)(sheng)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)替(ti)代(dai)自來(lai)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)用于城市雜用等場景時，每單位(wei)再(zai)生(sheng)(sheng)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)可(ke)(ke)提(ti)供的(de)(de)(de)(de)碳(tan)(tan)補償約為(wei)0.72 kgCO2/m³；使(shi)用納濾(lv)(lv)所(suo)(suo)(suo)產(chan)的(de)(de)(de)(de)高品質再(zai)生(sheng)(sheng)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)代(dai)替(ti)自來(lai)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)用于生(sheng)(sheng)產(chan)工(gong)藝(yi)等場景時，每單位(wei)再(zai)生(sheng)(sheng)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)碳(tan)(tan)補償約為(wei)0.40 kgCO2/m³。相比于傳(chuan)統二級(ji)出(chu)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)-混(hun)凝沉淀-過(guo)濾(lv)(lv)-消(xiao)毒工(gong)藝(yi)所(suo)(suo)(suo)產(chan)再(zai)生(sheng)(sheng)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)代(dai)替(ti)自來(lai)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)（碳(tan)(tan)補償約0.28 kgCO2/m³），碳(tan)(tan)排(pai)抵消(xiao)效應更加(jia)顯著。根據《中國(guo)城市建設統計年鑒(jian)》，目前我國(guo)再(zai)生(sheng)(sheng)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)利用量僅占污水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)處理總(zong)量的(de)(de)(de)(de)24.3%，距(ju)離發(fa)(fa)達國(guo)家60%~70%的(de)(de)(de)(de)再(zai)生(sheng)(sheng)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)利用率(lv)還存在較大(da)差距(ju)。因此，大(da)力推進(jin)膜(mo)(mo)法(fa)污水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)處理與再(zai)生(sheng)(sheng)利用設施建設，針對不同(tong)再(zai)生(sheng)(sheng)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)利用場景，按照水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)質要求將(jiang)再(zai)生(sheng)(sheng)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)進(jin)行分級(ji)回(hui)(hui)收利用補償污水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)處理系統的(de)(de)(de)(de)碳(tan)(tan)排(pai)放(fang)，對于膜(mo)(mo)法(fa)污水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)處理技(ji)術的(de)(de)(de)(de)綠色低(di)碳(tan)(tan)化發(fa)(fa)展具有重要意義。
3.1.5 創新研發膜材料的再生循環技術
目前，膜(mo)(mo)(mo)(mo)材料遵循(xun)制備-使(shi)用-廢棄的(de)(de)(de)線(xian)性(xing)生(sheng)命(ming)(ming)周期過程，在每一(yi)(yi)階(jie)段均會產生(sheng)相應的(de)(de)(de)碳排(pai)放。在長(chang)期使(shi)用過程中(zhong)，由于(yu)不可(ke)(ke)恢(hui)復污染的(de)(de)(de)累積，當(dang)膜(mo)(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)水(shui)通(tong)量(liang)下(xia)降至難(nan)以達到產水(shui)要(yao)求時，按傳統思維需廢棄并(bing)更換新膜(mo)(mo)(mo)(mo)。據估(gu)計，2022年全球將產生(sheng)35 000t聚合物廢棄膜(mo)(mo)(mo)(mo)，而(er)填埋(mai)或焚燒是目前大多數廢棄膜(mo)(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)最終(zhong)處置(zhi)途徑。從全生(sheng)命(ming)(ming)周期角度而(er)言，膜(mo)(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)處理處置(zhi)是膜(mo)(mo)(mo)(mo)法污水(shui)處理產生(sheng)碳足跡的(de)(de)(de)主要(yao)環(huan)節之(zhi)一(yi)(yi)。因此(ci)，基(ji)于(yu)膜(mo)(mo)(mo)(mo)材料的(de)(de)(de)再生(sheng)循(xun)環(huan)與可(ke)(ke)持(chi)續利用，延(yan)長(chang)膜(mo)(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)生(sheng)命(ming)(ming)周期，對于(yu)技術的(de)(de)(de)綠色低碳化發展(zhan)具有重要(yao)作用。
廢棄膜(mo)的再生循環利(li)用主(zhu)要技(ji)術途徑包括：
廢棄高壓膜的“降(jiang)級”再生；
廢棄低壓膜的“升級”再生(sheng)；
廢棄高壓膜或低壓膜的“平(ping)級(ji)”再(zai)生。
降級(ji)再(zai)(zai)(zai)(zai)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)是指(zhi)(zhi)(zhi)將(jiang)廢(fei)棄(qi)(qi)的(de)(de)RO/NF膜(mo)(mo)(mo)經(jing)過適當物化(hua)(hua)處(chu)理，合理調控或(huo)破(po)壞聚(ju)(ju)酰胺截留層結構，從而降級(ji)為(wei)NF/UF膜(mo)(mo)(mo)。基于聚(ju)(ju)酰胺不耐受次氯(lv)(lv)酸鹽的(de)(de)特性(xing)，可(ke)利用次氯(lv)(lv)酸鹽產生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)的(de)(de)自(zi)由氯(lv)(lv)攻擊廢(fei)棄(qi)(qi)RO膜(mo)(mo)(mo)的(de)(de)聚(ju)(ju)酰胺活(huo)性(xing)層，當聚(ju)(ju)酰胺部分降解時(shi)再(zai)(zai)(zai)(zai)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)為(wei)NF膜(mo)(mo)(mo)，當其完全脫落后再(zai)(zai)(zai)(zai)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)為(wei)UF膜(mo)(mo)(mo)。升級(ji)再(zai)(zai)(zai)(zai)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)是指(zhi)(zhi)(zhi)將(jiang)廢(fei)棄(qi)(qi)的(de)(de)MF/UF膜(mo)(mo)(mo)經(jing)過適當的(de)(de)物化(hua)(hua)處(chu)理后，通過界面聚(ju)(ju)合在膜(mo)(mo)(mo)面生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)長聚(ju)(ju)酰胺層，升級(ji)為(wei)NF/RO膜(mo)(mo)(mo)。如在廢(fei)棄(qi)(qi)的(de)(de)PVDF MF膜(mo)(mo)(mo)表(biao)面界面聚(ju)(ju)合或(huo)采用清洗-修復(fu)-界面聚(ju)(ju)合三步法可(ke)以制得再(zai)(zai)(zai)(zai)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)NF膜(mo)(mo)(mo)。平(ping)(ping)級(ji)再(zai)(zai)(zai)(zai)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)是指(zhi)(zhi)(zhi)將(jiang)廢(fei)棄(qi)(qi)低(di)壓/高壓膜(mo)(mo)(mo)通過一定(ding)物化(hua)(hua)處(chu)理直接恢(hui)(hui)復(fu)膜(mo)(mo)(mo)的(de)(de)產水性(xing)能。從實際工(gong)程角度(du)出發(fa)，廢(fei)棄(qi)(qi)膜(mo)(mo)(mo)平(ping)(ping)級(ji)再(zai)(zai)(zai)(zai)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)無需改變組件(jian)形式，應用前(qian)景(jing)更(geng)加突出。同濟大學(xue)團隊近期開發(fa)了深度(du)清洗-結構轉化(hua)(hua)-再(zai)(zai)(zai)(zai)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)修復(fu)的(de)(de)廢(fei)棄(qi)(qi)低(di)壓膜(mo)(mo)(mo)再(zai)(zai)(zai)(zai)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)策略，并(bing)將(jiang)其應用于某污水處(chu)理廠廢(fei)棄(qi)(qi)中空(kong)纖維PVDF超濾膜(mo)(mo)(mo)的(de)(de)再(zai)(zai)(zai)(zai)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)，再(zai)(zai)(zai)(zai)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)膜(mo)(mo)(mo)透(tou)水性(xing)和出水水質恢(hui)(hui)復(fu)至與新膜(mo)(mo)(mo)相當，且(qie)抗(kang)污染性(xing)能與通量恢(hui)(hui)復(fu)率顯著優于廢(fei)棄(qi)(qi)膜(mo)(mo)(mo)，采用此平(ping)(ping)級(ji)再(zai)(zai)(zai)(zai)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)策略修復(fu)該廢(fei)棄(qi)(qi)膜(mo)(mo)(mo)的(de)(de)年成本(ben)小于9元/m²。
膜(mo)材料(liao)的(de)(de)(de)再生(sheng)(sheng)循(xun)環(huan)利用(yong)(yong)同(tong)時(shi)需(xu)開(kai)展全(quan)過(guo)(guo)程碳排(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)放(fang)的(de)(de)(de)定量(liang)(liang)分(fen)析作為(wei)理論支撐(cheng)（見圖(tu)6）。生(sheng)(sheng)命周(zhou)期(qi)評價（LCA）工具可(ke)(ke)通(tong)(tong)過(guo)(guo)計算CO2 排(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)放(fang)當量(liang)(liang)來評估膜(mo)材料(liao)全(quan)生(sheng)(sheng)命周(zhou)期(qi)產(chan)生(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)環(huan)境(jing)影(ying)響。以降級再生(sheng)(sheng)為(wei)例，每制(zhi)備一個(ge)標(biao)準(zhun)膜(mo)組(zu)件將產(chan)生(sheng)(sheng)87.7 kgCO2的(de)(de)(de)排(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)放(fang)，每填埋一個(ge)標(biao)準(zhun)膜(mo)組(zu)件將產(chan)生(sheng)(sheng)0.74 kgCO2的(de)(de)(de)排(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)放(fang)，由此可(ke)(ke)見，膜(mo)再生(sheng)(sheng)循(xun)環(huan)利用(yong)(yong)可(ke)(ke)以對(dui)沖(chong)膜(mo)制(zhi)備階段(duan)的(de)(de)(de)碳排(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)。同(tong)時(shi)，廢棄膜(mo)再生(sheng)(sheng)延壽所貢(gong)獻的(de)(de)(de)碳減(jian)排(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)隨其再生(sheng)(sheng)壽命的(de)(de)(de)增加而增加，若膜(mo)的(de)(de)(de)平均使用(yong)(yong)壽命為(wei)5年(nian)，再生(sheng)(sheng)延壽期(qi)為(wei)2年(nian)，在不考慮其他(ta)化(hua)學藥劑和(he)用(yong)(yong)電消(xiao)耗的(de)(de)(de)情況(kuang)下，使用(yong)(yong)周(zhou)期(qi)內每個(ge)膜(mo)組(zu)件每年(nian)可(ke)(ke)減(jian)少5.1 kgCO2排(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)放(fang)。除膜(mo)材料(liao)本身外，膜(mo)組(zu)件中的(de)(de)(de)膜(mo)殼、端蓋、進料(liao)側(ce)墊(dian)(dian)片/滲(shen)透(tou)液(ye)測墊(dian)(dian)片等材料(liao)同(tong)樣(yang)可(ke)(ke)以通(tong)(tong)過(guo)(guo)適當的(de)(de)(de)物化(hua)方(fang)法進行回收。LCA結果表明，每回收1 kg聚酯(zhi)滲(shen)透(tou)液(ye)側(ce)墊(dian)(dian)片、聚丙烯進料(liao)液(ye)側(ce)墊(dian)(dian)片和(he)ABS端蓋將分(fen)別貢(gong)獻0.93、1.64和(he)2.5 kgCO2的(de)(de)(de)減(jian)排(pai)(pai)(pai)(pai)(pai)。
3.1.6 推進膜法污水處理系統數字化、智慧化運維
膜(mo)(mo)(mo)法(fa)污(wu)水處(chu)理(li)(li)系統的(de)(de)數(shu)字化(hua)、智(zhi)(zhi)慧化(hua)是未(wei)來的(de)(de)重點(dian)發(fa)(fa)展方向之一。研究基于(yu)人工智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)的(de)(de)數(shu)據采集分析與(yu)(yu)(yu)決策機(ji)制，開發(fa)(fa)物耗、能(neng)(neng)耗、工藝參數(shu)等多(duo)源數(shu)據融合的(de)(de)集成(cheng)式精準(zhun)化(hua)運管技術(shu)，建立膜(mo)(mo)(mo)污(wu)染與(yu)(yu)(yu)膜(mo)(mo)(mo)運行的(de)(de)可視化(hua)監測與(yu)(yu)(yu)信息化(hua)模擬平臺(tai)，構建膜(mo)(mo)(mo)系統關鍵工序智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)管控(kong)技術(shu)，提升系統運行效能(neng)(neng)，是推進膜(mo)(mo)(mo)法(fa)污(wu)水處(chu)理(li)(li)技術(shu)綠色低碳(tan)化(hua)發(fa)(fa)展的(de)(de)重要內(nei)容。
（1）數(shu)據采(cai)集(ji)分(fen)析(xi)與決(jue)策機(ji)制(zhi)(zhi)建(jian)(jian)立(li)。通(tong)過物耗(hao)(hao)、能(neng)耗(hao)(hao)、工藝參數(shu)等模塊的(de)集(ji)成(cheng)式(shi)膜系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)大數(shu)據分(fen)析(xi)，構建(jian)(jian)數(shu)據采(cai)集(ji)分(fen)析(xi)系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)與決(jue)策機(ji)制(zhi)(zhi)。通(tong)過操(cao)作(zuo)單元能(neng)耗(hao)(hao)數(shu)據趨勢跟蹤(zong)與能(neng)耗(hao)(hao)面板統(tong)(tong)計，實現膜系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)能(neng)耗(hao)(hao)實時采(cai)集(ji)與智能(neng)調度；研(yan)發預處理(li)藥劑、膜清洗(xi)藥劑劑量智能(neng)管(guan)理(li)技術(shu)，建(jian)(jian)立(li)水質波動自適應智能(neng)加藥系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)；構建(jian)(jian)系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)運行(xing)智能(neng)預測體系(xi)(xi)(xi)(xi)，搭建(jian)(jian)數(shu)據、操(cao)作(zuo)、調度、管(guan)理(li)、巡(xun)檢的(de)集(ji)成(cheng)式(shi)膜系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)控制(zhi)(zhi)平臺。
（2）關鍵工序運(yun)行(xing)管控(kong)。通(tong)過人工神經網絡(luo)、隨機森林以及模糊邏輯等(deng)(deng)算(suan)法(fa)，實(shi)現對膜(mo)(mo)出水(shui)水(shui)質(zhi)、能(neng)(neng)耗、物耗、跨膜(mo)(mo)壓差、膜(mo)(mo)通(tong)量(liang)以及膜(mo)(mo)阻力的(de)變(bian)化(hua)(hua)趨勢等(deng)(deng)輸出量(liang)的(de)準(zhun)確建(jian)模。同時，通(tong)過基于膜(mo)(mo)污染可視化(hua)(hua)在線識別技術、泵組(zu)智能(neng)(neng)診(zhen)斷(duan)技術、預處理及膜(mo)(mo)系統狀態評(ping)估(gu)與自動控(kong)制(zhi)技術等(deng)(deng)關鍵工序智能(neng)(neng)管控(kong)設(she)計，結(jie)合遺傳算(suan)法(fa)和粒子(zi)群算(suan)法(fa)等(deng)(deng)，對物耗、能(neng)(neng)耗、工藝(yi)參數等(deng)(deng)模塊進(jin)行(xing)實(shi)時智能(neng)(neng)反饋優化(hua)(hua)，提升膜(mo)(mo)系統的(de)運(yun)行(xing)穩定性。
3.2 膜法污水處理技術低碳化目標預測
基于膜法污水處理技術節能降耗、資源能源回收、再生水利用、智慧化運維和膜材料再生等綠色低碳發展重點攻關方向，以典型低壓膜法水處理技術（MBR、MF、UF）和高壓膜法水處理技術（NF、RO）為例，對未來膜法污水處理技術綠色發展的低碳化目標進行預測（見圖7）。在綜合采取節能降耗、資源能源回收、再生水利用和智慧化運維等低碳化措施后，5種典型膜法污水處理技術的碳排放量均將顯著削減（見圖7a），其中MF、UF、MBR等低壓膜技術噸水碳排平均削減47.7%~72.8%，NF、RO等高壓膜技術噸水碳排平均削減35.6%~40.0%。在此基礎上，廢棄膜材料的再生利用還將進一步實現膜技術的碳排削減。如圖7b所示，膜材料再生循環技術可使MF、UF、NF、RO等典型污水處理膜材料單位碳排平均削減30%~66.7%。由此可見，在低碳綠色發展的導向下，積極采取節能降耗、資源能源回收、再生水利用、智慧化運維和膜材料再生利用等措施，有望實現膜法處理技術碳排放量的大幅削減甚至“零碳排”，對于膜法污水處理技術綠色低碳化發展具有重要意義。
4 結 語
膜(mo)法(fa)污(wu)水處(chu)(chu)理(li)技(ji)(ji)(ji)(ji)術作(zuo)為(wei)污(wu)水處(chu)(chu)理(li)與(yu)(yu)再生(sheng)利(li)(li)(li)用領域的(de)(de)重要技(ji)(ji)(ji)(ji)術，面對污(wu)水高標準處(chu)(chu)理(li)與(yu)(yu)排(pai)放(fang)的(de)(de)需(xu)求以及低碳(tan)綠色(se)發展(zhan)的(de)(de)導向(xiang)，需(xu)要系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)評估膜(mo)法(fa)污(wu)水處(chu)(chu)理(li)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)碳(tan)排(pai)放(fang)與(yu)(yu)減污(wu)降(jiang)碳(tan)潛力，在建立膜(mo)法(fa)污(wu)水處(chu)(chu)理(li)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)的(de)(de)全(quan)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)、全(quan)過程、全(quan)生(sheng)命周期碳(tan)排(pai)放(fang)評價體系(xi)(xi)的(de)(de)基礎上，持(chi)續(xu)(xu)推進(jin)膜(mo)法(fa)污(wu)水處(chu)(chu)理(li)技(ji)(ji)(ji)(ji)術節能降(jiang)耗，加速革新(xin)膜(mo)法(fa)污(wu)水處(chu)(chu)理(li)技(ji)(ji)(ji)(ji)術與(yu)(yu)資(zi)源化(hua)(hua)(hua)能源化(hua)(hua)(hua)技(ji)(ji)(ji)(ji)術的(de)(de)耦合與(yu)(yu)應用，同時(shi)統(tong)(tong)(tong)(tong)籌做(zuo)好(hao)膜(mo)法(fa)所產再生(sheng)水循(xun)環利(li)(li)(li)用，創新(xin)研發膜(mo)材料的(de)(de)再生(sheng)循(xun)環與(yu)(yu)可持(chi)續(xu)(xu)利(li)(li)(li)用技(ji)(ji)(ji)(ji)術，持(chi)續(xu)(xu)推進(jin)膜(mo)法(fa)污(wu)水處(chu)(chu)理(li)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)數字(zi)化(hua)(hua)(hua)、智慧化(hua)(hua)(hua)運維，推動在膜(mo)法(fa)污(wu)水處(chu)(chu)理(li)技(ji)(ji)(ji)(ji)術在綠色(se)低碳(tan)化(hua)(hua)(hua)發展(zhan)方向(xiang)上的(de)(de)不斷革新(xin)與(yu)(yu)迭(die)代(dai)升級。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
