膜過濾技術(shù)在市政給水領(lǐng)域的定位與前景？
時(shí)間：2016-09-12
來源：給排水處理技術(shù)與應(yīng)用微信
近年來膜技術(shù)在市政給水領(lǐng)域的應(yīng)用越發(fā)得到關(guān)注。產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)規(guī)范的相繼出臺(tái)也引發(fā)了同行的遐想：膜技術(shù)在未來市政給水領(lǐng)域究竟應(yīng)當(dāng)如何定位呢？邀請(qǐng)到《城鎮(zhèn)給水膜處理技術(shù)規(guī)程》(報(bào)批稿)主編之一——上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）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(nèi)容，共同來探討膜技術(shù)在市政給水領(lǐng)域的應(yīng)用前景。
王如華
教授級(jí)高級(jí)工程師，從事城市供水工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、咨詢和科研工作，獲得國家和上海市優(yōu)秀設(shè)計(jì)和咨詢獎(jiǎng)以及上海市科技進(jìn)步獎(jiǎng)十多項(xiàng)，主持和參與了部分國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的修訂或制訂，以及專業(yè)設(shè)計(jì)手冊(cè)的編著。2009年榮獲“享受國務(wù)院特殊津貼專家”的稱號(hào)，2014年獲上海市領(lǐng)軍人才稱號(hào)。
水源污染日益嚴(yán)重的現(xiàn)實(shí)與人們對(duì)飲用水水質(zhì)要求的不斷提高，對(duì)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(shù)能盡早出現(xiàn)并付之應(yīng)用。膜技術(shù)作為近年來在國內(nèi)被廣泛研究和應(yīng)用的新技術(shù)，得到了大量的關(guān)注，膜產(chǎn)品、膜工藝的規(guī)范化也是相關(guān)技術(shù)人員不斷努力的方向。隨著《城鎮(zhèn)給水膜處理技術(shù)規(guī)程》(報(bào)批稿)的報(bào)批，膜技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代，客觀評(píng)價(jià)膜技術(shù)在市政給水領(lǐng)域中的定位，對(duì)有效引導(dǎo)膜技術(shù)應(yīng)用的有序發(fā)展具有非常重要的意義。
1、膜技術(shù)在市政給水領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展
1.1膜技術(shù)的特征及適用范圍
從本質(zhì)上講，膜分離技術(shù)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(zhì)。根據(jù)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(shù)具有共同的優(yōu)勢(shì)，即處理過程中無副產(chǎn)物、易于自動(dòng)化控制、pH適用范圍廣、能有效去除病毒、細(xì)菌、寄生蟲以及減少消毒劑用量等，在市政給水領(lǐng)域已經(jīng)受到了普遍的關(guān)注和應(yīng)用，在與其他合適的工藝有機(jī)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(zhì)優(yōu)異。除此以外，經(jīng)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(shù)除了具有上述微濾、超濾膜的優(yōu)點(diǎn)外，還對(duì)消毒副產(chǎn)物前體物有很好的去除效果，可減少消毒副產(chǎn)物的形成。納濾相對(duì)微濾和超濾具有一定的去除原水中BDOC的能力，可進(jìn)一步提高飲用水的化學(xué)安全性。然而納濾膜產(chǎn)水率相對(duì)較低，工作壓力較微濾和超濾較大，在市政給水領(lǐng)域的應(yīng)用還會(huì)受到經(jīng)濟(jì)合理性的約束。
反滲透膜則因?yàn)楦?xì)的孔徑，水中許多物質(zhì)（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(zhì)要求的工業(yè)水處理領(lǐng)域，對(duì)市政給水領(lǐng)域缺乏普遍應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性。
因此，結(jié)合市政給水領(lǐng)域的實(shí)際特點(diǎn)，綜合考慮處理能力、工程造價(jià)和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)合理性等因素，普遍認(rèn)為微濾膜、超濾膜是比較適用于市政給水領(lǐng)域的膜處理技術(shù)。
1.2微/超濾膜技術(shù)在市政給水領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展
膜過濾技術(shù)因其能夠?qū)⒓?xì)菌、病毒、“兩蟲”、藻類、水生生物等幾乎全部去除，被認(rèn)為是目前保障飲用水微生物安全的最有效技術(shù)。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(shù)水廠。
隨著膜材料制備和膜產(chǎn)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(nèi)對(duì)超濾膜工藝也展開了大量研究。盡管超濾膜工藝對(duì)日常維護(hù)及管理的要求較高，但能切實(shí)提高供水的生物安全性和應(yīng)急能力，保障居民的飲用水安全。近年來，我國自主設(shè)計(jì)建造的超濾膜水廠相繼建成和投運(yùn)，制水規(guī)模較大的包括杭州清泰水廠（30*104m3/d，壓力式）、臺(tái)灣高雄拷潭高級(jí)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(shí)踐運(yùn)行發(fā)現(xiàn)：出廠水水質(zhì)均可滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)生物安全性的保障效果尤其突出。
在對(duì)超濾膜技術(shù)不斷的探索和應(yīng)用中，包括業(yè)主、設(shè)計(jì)單位、供應(yīng)商都逐步意識(shí)到了對(duì)膜技術(shù)進(jìn)行規(guī)范的必要性，針對(duì)不同膜產(chǎn)品質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)出臺(tái)。與常規(guī)水處理工藝相比，膜技術(shù)在市政給水領(lǐng)域的應(yīng)用仍屬一項(xiàng)新技術(shù)，其在工程中的應(yīng)用缺乏可借鑒的經(jīng)驗(yàn)和可參照的規(guī)范，膜產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)體系尚未形成，實(shí)際應(yīng)用中積累的經(jīng)驗(yàn)和總結(jié)也較少。為盡早規(guī)范膜處理技術(shù)在市政給水領(lǐng)域的有序應(yīng)用，作為規(guī)范與參考性指導(dǎo)性文件，《城鎮(zhèn)給水膜處理技術(shù)規(guī)程》的出臺(tái)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(dǎo)性
膜技術(shù)在國際上沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，作為飲用水處理中的新技術(shù)，必然需要通過大量的實(shí)踐和總結(jié)來獲取具有通用性、指導(dǎo)性的經(jīng)驗(yàn)和依據(jù)。在總結(jié)了諸多國內(nèi)外水廠膜技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)后，最終將公認(rèn)為是合理的、安全的技術(shù)參數(shù)編制成此技術(shù)規(guī)程，為更廣泛的工程應(yīng)用提供有力依據(jù)和指導(dǎo)作用。
（2）公平性
本技術(shù)規(guī)程是在充分調(diào)研了國內(nèi)、外膜產(chǎn)品及應(yīng)用案例的基礎(chǔ)上，對(duì)公認(rèn)為合理的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行歸納總結(jié)。因此，這不僅僅是基于某些膜產(chǎn)品的規(guī)程，而是針對(duì)整個(gè)飲用水膜處理技術(shù)的設(shè)計(jì)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(zhì)要求，但隨著水源污染加劇、飲用水微生物風(fēng)險(xiǎn)的提升，膜技術(shù)才逐漸被應(yīng)用到公共供水領(lǐng)域。由此可見，膜產(chǎn)品的質(zhì)量直接決定了其應(yīng)對(duì)原水中生物風(fēng)險(xiǎn)的能力，規(guī)程的編制也旨在通過應(yīng)用更科學(xué)、更規(guī)范的定義與依據(jù)，來引導(dǎo)膜產(chǎn)品的生產(chǎn)、檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)，提高膜產(chǎn)品的可靠性。
2.2規(guī)程編制意義
（1）客觀評(píng)價(jià)膜技術(shù)的作用
飲用水安全與人體健康息息相關(guān)，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(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在判斷膜技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值時(shí)，普遍存在兩種觀點(diǎn)：一種為非必要觀點(diǎn)，認(rèn)為中國人傳統(tǒng)的“煮沸飲水習(xí)慣”能保證飲用水的生物安全性，膜技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值無法得到有效體現(xiàn)；另一種為必要觀點(diǎn)，認(rèn)為生活飲用水的生物風(fēng)險(xiǎn)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(yīng)用膜技術(shù)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(píng)價(jià)膜技術(shù)的作用與價(jià)值，既不夸大膜技術(shù)的應(yīng)用效果，也不片面地將我國居民飲水習(xí)慣作為判斷某項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用與否的參考依據(jù)。從全面提升市政供水的安全性角度來看，膜技術(shù)對(duì)飲水安全的保障具有顯著價(jià)值，特別是在不少發(fā)達(dá)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(shù)作為市政飲用水生物安全性的保障確有其空間和價(jià)值。與此同時(shí)，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(guān)聯(lián)，以此為基礎(chǔ)制定標(biāo)準(zhǔn)，從而科學(xué)引導(dǎo)水質(zhì)控制指標(biāo)的合理制定和水廠工藝的選擇。
（2）提升膜產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的可信度
目前眾多膜廠家生產(chǎn)的膜產(chǎn)品型號(hào)不同，其性能也各不一致，孔徑及其分布是評(píng)價(jià)膜性能的重要指標(biāo)之一。但是，由于膜孔徑的分布呈現(xiàn)正態(tài)分布的特點(diǎn)，對(duì)于膜孔徑的精確測(cè)量也缺乏有效的技術(shù)手段，不同的孔徑分布規(guī)律就有可能使膜的性能產(chǎn)生較大的誤差。
為了提高膜產(chǎn)品的穩(wěn)定性，提高技術(shù)指標(biāo)的可信度，本規(guī)程以國際上普遍認(rèn)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(jù)，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(shù)規(guī)程也是旨在對(duì)膜產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)提出明確規(guī)定、提高膜產(chǎn)品穩(wěn)定性、追求更高性價(jià)比、降低膜使用成本。
（3）引導(dǎo)膜組件集約化、模塊化
技術(shù)規(guī)程的編制旨在引導(dǎo)膜組件的集約化和模塊化。有效集約化和模塊化的產(chǎn)品能使膜工藝車間的布局更為緊湊，對(duì)節(jié)約水廠用地、方便安裝維護(hù)有重要意義。常見的模塊化設(shè)計(jì)內(nèi)容還應(yīng)包括膜系統(tǒng)的開機(jī)、待機(jī)、膜在線清洗/離線清洗、恢復(fù)運(yùn)行等，在實(shí)際應(yīng)用中，模塊化更便于工程運(yùn)行管理和自動(dòng)控制，能大大減少人力投入和運(yùn)行成本。
3、膜技術(shù)的定位于前景
3.1膜技術(shù)是現(xiàn)有工藝的補(bǔ)充選項(xiàng)
需要認(rèn)識(shí)到的是，應(yīng)將膜技術(shù)定位于提高生物安全性的有效手段，只是對(duì)現(xiàn)有市政給水領(lǐng)域水處理技術(shù)的一個(gè)補(bǔ)充選項(xiàng)。我國目前的水質(zhì)問題較多的是溶解性有機(jī)污染物，其最實(shí)用的解決辦法仍然是臭氧-活性炭技術(shù)，確切地說，膜技術(shù)是現(xiàn)有常規(guī)處理工藝一種更高級(jí)和安全的替代工藝或有效補(bǔ)充，也是一項(xiàng)可以彌補(bǔ)臭氧—活性炭工藝生物安全弱點(diǎn)的工藝，但并不會(huì)替代臭氧—活性炭工藝。
通過現(xiàn)有的工程實(shí)踐證明：膜分離技術(shù)易于模塊化、可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、能有效去除懸浮顆粒、膠體、濁度和細(xì)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(duì)于需要進(jìn)一步提升生物安全性或用于土地緊缺的水廠提標(biāo)改造方面，具有較大的應(yīng)用價(jià)值，也可作為相關(guān)水廠飲用水安全的進(jìn)一步保障手段。
3.2強(qiáng)化社會(huì)對(duì)膜技術(shù)的接納度
早在20世紀(jì)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(yùn)行。造成這一現(xiàn)象的原因一方面在于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平差異，另一方面還在于社會(huì)的需求與認(rèn)可度。
在我國，有關(guān)方面應(yīng)做好市政給水知識(shí)的科普工作，幫助百姓認(rèn)識(shí)到不同水廠工藝的作用和對(duì)提高飲用水安全的價(jià)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(guān)聯(lián)。在條件允許的地區(qū)，通過膜技術(shù)的應(yīng)用，逐步推行直飲水系統(tǒng)的試點(diǎn)，發(fā)揮膜技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。除此以外，膜工藝的設(shè)計(jì)也應(yīng)當(dāng)率先做好詳細(xì)的技術(shù)評(píng)估，因地制宜，聚焦當(dāng)?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(shù)在水廠中的作用。
3.3提高膜產(chǎn)品的核心競(jìng)爭(zhēng)力
隨著膜市場(chǎng)的迅速擴(kuò)大和膜技術(shù)在處理中的應(yīng)用推廣，各國紛紛投入大量人力、物力進(jìn)行相關(guān)研究，以期望在日益發(fā)展的膜市場(chǎng)中占據(jù)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(nèi)廠家的膜產(chǎn)品也已達(dá)到了較高的質(zhì)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(jìn)口，導(dǎo)致膜的使用成本較高，制約了膜技術(shù)的推廣。由此可見，我國在提高膜產(chǎn)品的核心競(jìng)爭(zhēng)力方面還任重道遠(yuǎn)。
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(shù)作為一種新興技術(shù)，憑借其優(yōu)勢(shì)廣泛地應(yīng)用于水處理工程上，尤其是超/微濾膜技術(shù)在市政給水領(lǐng)域帶來巨大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。然而，隨著膜材料制備和膜產(chǎn)品制造工藝的不斷提高，加之膜產(chǎn)業(yè)準(zhǔn)入門檻比較低，越來越多的企業(yè)加入到膜產(chǎn)業(yè)中來，導(dǎo)致目前市場(chǎng)上膜產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊。膜產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響工程應(yīng)用上產(chǎn)水質(zhì)量的好壞，縱觀2010、2011和2015年3次的國家膜產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督抽查結(jié)果，反滲透膜元件質(zhì)量的波動(dòng)較大，2010年的合格率為57%，2015年上升至83.3%，主要不合格項(xiàng)目是脫鹽率和密封泄漏點(diǎn)，超濾膜組件產(chǎn)品質(zhì)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(xiàng)目是完整性和截留率。在膜產(chǎn)品質(zhì)量國抽任務(wù)中，我們主要發(fā)現(xiàn)3方面的問題：1、部分企業(yè)對(duì)國抽不了解、不信任、不重視；2、一些企業(yè)無標(biāo)生產(chǎn)或有標(biāo)不執(zhí)行；3、標(biāo)準(zhǔn)滯后于行業(yè)發(fā)展，膜技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系有待建立完善。因此，對(duì)未來我國膜產(chǎn)品質(zhì)量發(fā)展有3點(diǎn)建議：1、完善膜技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，標(biāo)準(zhǔn)是進(jìn)行膜產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)的依據(jù)，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)還不能滿足膜產(chǎn)品檢驗(yàn)檢測(cè)的需要，為保證分離膜用于飲用水等方面的健康安全應(yīng)制定相應(yīng)的強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，隨著《城鎮(zhèn)給水膜處理技術(shù)規(guī)程》的報(bào)批，對(duì)有效引導(dǎo)膜技術(shù)應(yīng)用的有序發(fā)展具有非常重要的意義；2、加強(qiáng)分離膜產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)管，常態(tài)化進(jìn)行國家膜產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督抽查，實(shí)行市場(chǎng)準(zhǔn)入，規(guī)范市場(chǎng)秩序；3、提高分離膜產(chǎn)品質(zhì)量意識(shí)，促進(jìn)企業(yè)膜產(chǎn)品質(zhì)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(jì)的水處理技術(shù)，憑借其在提升水質(zhì)、節(jié)約用地、降低運(yùn)行成本方面的優(yōu)勢(shì)，在給水處理領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用和推廣，具體表現(xiàn)在：1）在水源水質(zhì)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(jí)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(shí)實(shí)現(xiàn)工藝升級(jí)；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(chǎn)水與抽吸泵產(chǎn)水相結(jié)合的工藝設(shè)計(jì)，節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本。然而，由于我國水源水質(zhì)復(fù)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(jù)當(dāng)?shù)厮此|(zhì)特點(diǎn)，因地制宜，使得超濾膜工藝與其它水處理工藝有機(jī)結(jié)合，有針對(duì)性的解決水質(zhì)問題，保障飲用水安全。
陳杰：海南立昇凈水科技實(shí)業(yè)有限公司總經(jīng)理助理，工學(xué)博士，高級(jí)工程師
超濾膜技術(shù)作為第三代城市飲用水工藝，能有效去除細(xì)菌、病毒、藻類，保障飲用水的微生物安全，同時(shí)大幅降低消毒副產(chǎn)物風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)省絮凝劑的投加量，是綠色安全的飲用水處理技術(shù)。超濾膜技術(shù)在市政自來水廠中應(yīng)用時(shí)，可以針對(duì)不同的原水水質(zhì)情況、占地情況、出水水質(zhì)要求等綜合考慮，與傳統(tǒng)工藝進(jìn)行靈活的組合應(yīng)用，有效節(jié)省投資成本和占地。超濾膜技術(shù)不論對(duì)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(zhì)增效的較佳選擇。
編輯札記
任何新興技術(shù)的發(fā)展，都會(huì)經(jīng)歷從探索到完善的過程。膜技術(shù)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(shè)計(jì)規(guī)程的起草和報(bào)批，則起到了引導(dǎo)膜技術(shù)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(shè)計(jì)、應(yīng)用、產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)管等角度分享了自己對(duì)膜技術(shù)定位和發(fā)展的觀點(diǎn)。希望通過本文的發(fā)表，引發(fā)膜行業(yè)技術(shù)人員的思考，在膜技術(shù)從探索到完善的過程中，提出更多有參考價(jià)值的建議和做法。
原標(biāo)題:王如華：膜過濾技術(shù)在市政給水領(lǐng)域的定位與前景
