膜過濾技術在市政給水領域的定位與前景？
時間：2016-09-12
來源：給排水處理技術與應用微信
近年來膜技術在市政給水領域的應用越發(fā)得到關注。產品標準、設計規(guī)范的相繼出臺也引發(fā)了同行的遐想：膜技術在未來市政給水領域究竟應當如何定位呢？邀請到《城鎮(zhèn)給水膜處理技術規(guī)程》(報批稿)主編之一——上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司王如華副總工程師，解讀該規(guī)程的編制宗旨和主要內容，共同來探討膜技術在市政給水領域的應用前景。
王如華
教授級高級工程師，從事城市供水工程規(guī)劃、設計、咨詢和科研工作，獲得國家和上海市優(yōu)秀設計和咨詢獎以及上海市科技進步獎十多項，主持和參與了部分國家及行業(yè)標準規(guī)范的修訂或制訂，以及專業(yè)設計手冊的編著。2009年榮獲“享受國務院特殊津貼專家”的稱號，2014年獲上海市領軍人才稱號。
水源污染日益嚴重的現(xiàn)實與人們對飲用水水質要求的不斷提高，對提升市政給水處理工藝的能力提出了新的挑戰(zhàn)，也呼喚著新技術能盡早出現(xiàn)并付之應用。膜技術作為近年來在國內被廣泛研究和應用的新技術，得到了大量的關注，膜產品、膜工藝的規(guī)范化也是相關技術人員不斷努力的方向。隨著《城鎮(zhèn)給水膜處理技術規(guī)程》(報批稿)的報批，膜技術的應用進入了一個新時代，客觀評價膜技術在市政給水領域中的定位，對有效引導膜技術應用的有序發(fā)展具有非常重要的意義。
1、膜技術在市政給水領域的應用發(fā)展
1.1膜技術的特征及適用范圍
從本質上講，膜分離技術是物理形式上的物相分離，主要利用膜的選擇分離特性濾除水體中的雜質。根據膜孔徑從大到小的排列，膜過濾一般可分為微濾、超濾、納濾和反滲透4種。
微濾、超濾技術具有共同的優(yōu)勢，即處理過程中無副產物、易于自動化控制、pH適用范圍廣、能有效去除病毒、細菌、寄生蟲以及減少消毒劑用量等，在市政給水領域已經受到了普遍的關注和應用，在與其他合適的工藝有機組合后，微濾、超濾膜在市政給水處理中也適用于微污染水源的凈化處理，且出水水質優(yōu)異。除此以外，經微濾尤其超濾膜處理后，飲用水的微生物安全大為提高。
納濾技術除了具有上述微濾、超濾膜的優(yōu)點外，還對消毒副產物前體物有很好的去除效果，可減少消毒副產物的形成。納濾相對微濾和超濾具有一定的去除原水中BDOC的能力，可進一步提高飲用水的化學安全性。然而納濾膜產水率相對較低，工作壓力較微濾和超濾較大，在市政給水領域的應用還會受到經濟合理性的約束。
反滲透膜則因為更精細的孔徑，水中許多物質（包括離子）都無法通過反滲透膜，可制取近乎純水。但反滲透膜普遍適用于海水和苦咸水脫鹽及降低硬度、受重金屬和核素污染水源的處理以及有特殊水質要求的工業(yè)水處理領域，對市政給水領域缺乏普遍應用的經濟性。
因此，結合市政給水領域的實際特點，綜合考慮處理能力、工程造價和運行經濟合理性等因素，普遍認為微濾膜、超濾膜是比較適用于市政給水領域的膜處理技術。
1.2微/超濾膜技術在市政給水領域的應用發(fā)展
膜過濾技術因其能夠將細菌、病毒、“兩蟲”、藻類、水生生物等幾乎全部去除，被認為是目前保障飲用水微生物安全的最有效技術。早在1987年，美國科羅拉多州的Keystonecolo建成了世界上第一座膜分離凈水廠，規(guī)模為105m3/d，采用的是孔徑為0.2μm的外壓式中空纖維聚丙烯微濾膜。此后，為了解決飲水中難以用氯殺滅的桿菌芽孢問題，并為了有效去除原水中的隱孢子蟲，新西蘭和美國又相繼建成了規(guī)模為3.6*104m3/d和5.5*104m3/d的微濾膜技術水廠。
隨著膜材料制備和膜產品制造工藝的不斷提高，膜過濾性能也得到了多次革新，國內對超濾膜工藝也展開了大量研究。盡管超濾膜工藝對日常維護及管理的要求較高，但能切實提高供水的生物安全性和應急能力，保障居民的飲用水安全。近年來，我國自主設計建造的超濾膜水廠相繼建成和投運，制水規(guī)模較大的包括杭州清泰水廠（30*104m3/d，壓力式）、臺灣高雄拷潭高級凈水廠（30*104m3/d，壓力式）、寧波江東水廠（20*104m3/d，浸沒式）和東營南郊水廠（20*104m3/d，浸沒式）等，上述水廠通過實踐運行發(fā)現(xiàn)：出廠水水質均可滿足國家標準要求，對生物安全性的保障效果尤其突出。
在對超濾膜技術不斷的探索和應用中，包括業(yè)主、設計單位、供應商都逐步意識到了對膜技術進行規(guī)范的必要性，針對不同膜產品質量的標準陸續(xù)出臺。與常規(guī)水處理工藝相比，膜技術在市政給水領域的應用仍屬一項新技術，其在工程中的應用缺乏可借鑒的經驗和可參照的規(guī)范，膜產品的標準體系尚未形成，實際應用中積累的經驗和總結也較少。為盡早規(guī)范膜處理技術在市政給水領域的有序應用，作為規(guī)范與參考性指導性文件，《城鎮(zhèn)給水膜處理技術規(guī)程》的出臺成為了行業(yè)發(fā)展的必然需求。
2、規(guī)程編制的原則與意義
2.1規(guī)程編制原則
（1）指導性
膜技術在國際上沒有統(tǒng)一的標準，作為飲用水處理中的新技術，必然需要通過大量的實踐和總結來獲取具有通用性、指導性的經驗和依據。在總結了諸多國內外水廠膜技術應用的經驗教訓后，最終將公認為是合理的、安全的技術參數(shù)編制成此技術規(guī)程，為更廣泛的工程應用提供有力依據和指導作用。
（2）公平性
本技術規(guī)程是在充分調研了國內、外膜產品及應用案例的基礎上，對公認為合理的技術參數(shù)進行歸納總結。因此，這不僅僅是基于某些膜產品的規(guī)程，而是針對整個飲用水膜處理技術的設計和使用規(guī)程，充分確保了規(guī)程編制的公平性。
（3）規(guī)范性
在人類飲用水處理100多年的歷史中，傳統(tǒng)的混凝、過濾、沉淀工藝雖然能夠滿足大部分的水質要求，但隨著水源污染加劇、飲用水微生物風險的提升，膜技術才逐漸被應用到公共供水領域。由此可見，膜產品的質量直接決定了其應對原水中生物風險的能力，規(guī)程的編制也旨在通過應用更科學、更規(guī)范的定義與依據，來引導膜產品的生產、檢驗和評價，提高膜產品的可靠性。
2.2規(guī)程編制意義
（1）客觀評價膜技術的作用
飲用水安全與人體健康息息相關，城市飲用水系統(tǒng)包括水源地系統(tǒng)和城市供水系統(tǒng)兩大部分，其中，城市供水系統(tǒng)保證了公共供水安全和城市經濟社會系統(tǒng)的正常運行。在判斷膜技術的應用價值時，普遍存在兩種觀點：一種為非必要觀點，認為中國人傳統(tǒng)的“煮沸飲水習慣”能保證飲用水的生物安全性，膜技術的應用價值無法得到有效體現(xiàn)；另一種為必要觀點，認為生活飲用水的生物風險并不僅僅體現(xiàn)在入口飲水中，日常的洗浴、生活清潔等用水環(huán)節(jié)同樣可能帶來生物安全問題，因此有必要應用膜技術來提高飲用水的公共安全性。
本規(guī)程的編制目的在于客觀評價膜技術的作用與價值，既不夸大膜技術的應用效果，也不片面地將我國居民飲水習慣作為判斷某項技術應用與否的參考依據。從全面提升市政供水的安全性角度來看，膜技術對飲水安全的保障具有顯著價值，特別是在不少發(fā)達地區(qū)已逐步開始醞釀建立城市直飲水系統(tǒng)的規(guī)劃的背景下，膜技術作為市政飲用水生物安全性的保障確有其空間和價值。與此同時，也呼吁行業(yè)主管部門從公共衛(wèi)生健康角度出發(fā)，客觀分析我國飲用水與公共衛(wèi)生健康之間的因果關聯(lián)，以此為基礎制定標準，從而科學引導水質控制指標的合理制定和水廠工藝的選擇。
（2）提升膜產品技術指標的可信度
目前眾多膜廠家生產的膜產品型號不同，其性能也各不一致，孔徑及其分布是評價膜性能的重要指標之一。但是，由于膜孔徑的分布呈現(xiàn)正態(tài)分布的特點，對于膜孔徑的精確測量也缺乏有效的技術手段，不同的孔徑分布規(guī)律就有可能使膜的性能產生較大的誤差。
為了提高膜產品的穩(wěn)定性，提高技術指標的可信度，本規(guī)程以國際上普遍認可的方法，用平均孔和截留分子量分別作為界定微濾和超濾截留性能的判斷依據，解決了微濾和超濾定義界限模糊問題，規(guī)范了兩者的定義。因此，編制本技術規(guī)程也是旨在對膜產品的技術指標提出明確規(guī)定、提高膜產品穩(wěn)定性、追求更高性價比、降低膜使用成本。
（3）引導膜組件集約化、模塊化
技術規(guī)程的編制旨在引導膜組件的集約化和模塊化。有效集約化和模塊化的產品能使膜工藝車間的布局更為緊湊，對節(jié)約水廠用地、方便安裝維護有重要意義。常見的模塊化設計內容還應包括膜系統(tǒng)的開機、待機、膜在線清洗/離線清洗、恢復運行等，在實際應用中，模塊化更便于工程運行管理和自動控制，能大大減少人力投入和運行成本。
3、膜技術的定位于前景
3.1膜技術是現(xiàn)有工藝的補充選項
需要認識到的是，應將膜技術定位于提高生物安全性的有效手段，只是對現(xiàn)有市政給水領域水處理技術的一個補充選項。我國目前的水質問題較多的是溶解性有機污染物，其最實用的解決辦法仍然是臭氧-活性炭技術，確切地說，膜技術是現(xiàn)有常規(guī)處理工藝一種更高級和安全的替代工藝或有效補充，也是一項可以彌補臭氧—活性炭工藝生物安全弱點的工藝，但并不會替代臭氧—活性炭工藝。
通過現(xiàn)有的工程實踐證明：膜分離技術易于模塊化、可實現(xiàn)自動控制、能有效去除懸浮顆粒、膠體、濁度和細菌，替代現(xiàn)有常規(guī)處理工藝后可釋放一定的土地和空間。對于需要進一步提升生物安全性或用于土地緊缺的水廠提標改造方面，具有較大的應用價值，也可作為相關水廠飲用水安全的進一步保障手段。
3.2強化社會對膜技術的接納度
早在20世紀80年代，第一座微濾膜凈水廠和超濾膜凈水廠分別在美國和法國誕生，而我國第一座具有一定規(guī)模城鎮(zhèn)超濾膜水廠直至2010年才在山東東營正式投入運行。造成這一現(xiàn)象的原因一方面在于社會經濟的發(fā)展水平差異，另一方面還在于社會的需求與認可度。
在我國，有關方面應做好市政給水知識的科普工作，幫助百姓認識到不同水廠工藝的作用和對提高飲用水安全的價值，特別是采用膜工藝和提高生物安全性方面的直接因果關聯(lián)。在條件允許的地區(qū)，通過膜技術的應用，逐步推行直飲水系統(tǒng)的試點，發(fā)揮膜技術的優(yōu)勢。除此以外，膜工藝的設計也應當率先做好詳細的技術評估，因地制宜，聚焦當?shù)仫嬘盟暮诵膯栴}尋找解決方案，才能充分發(fā)揮膜分離技術在水廠中的作用。
3.3提高膜產品的核心競爭力
隨著膜市場的迅速擴大和膜技術在處理中的應用推廣，各國紛紛投入大量人力、物力進行相關研究，以期望在日益發(fā)展的膜市場中占據有利位置。我國在這方面起步比較晚，雖然也取得了一些成績，不少國內廠家的膜產品也已達到了較高的質量水平，但是核心的成膜工藝不少還是來自國外、膜原材料不少也采用進口，導致膜的使用成本較高，制約了膜技術的推廣。由此可見，我國在提高膜產品的核心競爭力方面還任重道遠。
討論
王旭亮：國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所工程師
膜技術作為一種新興技術，憑借其優(yōu)勢廣泛地應用于水處理工程上，尤其是超/微濾膜技術在市政給水領域帶來巨大的經濟、社會效益。然而，隨著膜材料制備和膜產品制造工藝的不斷提高，加之膜產業(yè)準入門檻比較低，越來越多的企業(yè)加入到膜產業(yè)中來，導致目前市場上膜產品質量良莠不齊。膜產品質量的優(yōu)劣直接影響工程應用上產水質量的好壞，縱觀2010、2011和2015年3次的國家膜產品質量監(jiān)督抽查結果，反滲透膜元件質量的波動較大，2010年的合格率為57%，2015年上升至83.3%，主要不合格項目是脫鹽率和密封泄漏點，超濾膜組件產品質量也整體上升，由2010年的50%上升至2015年的79.3%，但合格率仍較低，主要不合格項目是完整性和截留率。在膜產品質量國抽任務中，我們主要發(fā)現(xiàn)3方面的問題：1、部分企業(yè)對國抽不了解、不信任、不重視；2、一些企業(yè)無標生產或有標不執(zhí)行；3、標準滯后于行業(yè)發(fā)展，膜技術標準體系有待建立完善。因此，對未來我國膜產品質量發(fā)展有3點建議：1、完善膜技術標準體系，標準是進行膜產品質量監(jiān)督檢驗的依據，現(xiàn)有標準還不能滿足膜產品檢驗檢測的需要，為保證分離膜用于飲用水等方面的健康安全應制定相應的強制標準，隨著《城鎮(zhèn)給水膜處理技術規(guī)程》的報批，對有效引導膜技術應用的有序發(fā)展具有非常重要的意義；2、加強分離膜產品質量監(jiān)管，常態(tài)化進行國家膜產品質量監(jiān)督抽查，實行市場準入，規(guī)范市場秩序；3、提高分離膜產品質量意識，促進企業(yè)膜產品質量的提高。
周文琪：上海城市水資源開發(fā)利用國家工程中心有限公司工程師
超濾工藝作為21世紀的水處理技術，憑借其在提升水質、節(jié)約用地、降低運行成本方面的優(yōu)勢，在給水處理領域得到了日益廣泛的應用和推廣，具體表現(xiàn)在：1）在水源水質良好的地區(qū)，超濾可替代砂濾，縮短水處理工藝流程；2）在用地緊張的老水廠升級改造中，可利用現(xiàn)有沉淀池的部分空間，增加超濾處理工藝，在節(jié)約用地的同時實現(xiàn)工藝升級；3）超濾工藝可配置在臭氧生物活性炭之后，防止活性炭濾池微生物穿透，保障出水微生物安全；4）在北方水資源缺乏地區(qū)，可回用處理砂濾反沖洗水，提高原水利用率；5）因地制宜，采用虹吸產水與抽吸泵產水相結合的工藝設計，節(jié)約經濟成本。然而，由于我國水源水質復雜，超濾膜工藝不可能解決飲用水安全的所有問題，需要根據當?shù)厮此|特點，因地制宜，使得超濾膜工藝與其它水處理工藝有機結合，有針對性的解決水質問題，保障飲用水安全。
陳杰：海南立昇凈水科技實業(yè)有限公司總經理助理，工學博士，高級工程師
超濾膜技術作為第三代城市飲用水工藝，能有效去除細菌、病毒、藻類，保障飲用水的微生物安全，同時大幅降低消毒副產物風險，節(jié)省絮凝劑的投加量，是綠色安全的飲用水處理技術。超濾膜技術在市政自來水廠中應用時，可以針對不同的原水水質情況、占地情況、出水水質要求等綜合考慮，與傳統(tǒng)工藝進行靈活的組合應用，有效節(jié)省投資成本和占地。超濾膜技術不論對新建深度處理工藝水廠還是老水廠改造深度處理工藝均是水廠提質增效的較佳選擇。
編輯札記
任何新興技術的發(fā)展，都會經歷從探索到完善的過程。膜技術由于其在飲用水生物安全性方面的顯著效果，近年來正處于高速發(fā)展期，而設計規(guī)程的起草和報批，則起到了引導膜技術走向成熟、走向規(guī)范的作用。感謝王如華副總工、陳杰博士、王旭亮工程師、周文琪工程師等專家，分別從設計、應用、產品質量監(jiān)管等角度分享了自己對膜技術定位和發(fā)展的觀點。希望通過本文的發(fā)表，引發(fā)膜行業(yè)技術人員的思考，在膜技術從探索到完善的過程中，提出更多有參考價值的建議和做法。
原標題:王如華：膜過濾技術在市政給水領域的定位與前景
