水(shuǐ)作(zuò)為重要(yào)的(de)自(zì)然資源和(hé)社會資源,在整個人(rén) 類活動中起著舉足輕重的₹(de)作(zuò)用(yòng)。近(jìn)年(nián)來,一(yī)方面, 隨著我國₩社會經濟的(de)迅速發展、城(chéng)鎮化(huà)進程的(de)加 快(kuài),用(yòng)水(shuǐ)需求量持續增長"與水(shuǐ)資源短(duǎn)缺之間的(de)矛盾 日(rì)趨突出;另一(yī)方面,由于氣候變化(huà)、社會活動加劇&nbs‌p;和(hé)環境污染等原因,使得(de)我國不(bù)同地(dì)區在同一(yī)時期需要(yào)面對水(shuǐ)多(duō)、水(shuǐ)少(shǎo)和(hé)水φ(shuǐ)臟等問題。總而言之,我 國水(shuǐ)資源總體形勢不(bù)容樂觀,水(shuǐ)安全問題對社會經濟發展的(∞de)約束作(zuò)用(yòng)在不(bù)斷增強。

    膜分(fēn)離技(jì)術因其處理(lǐ)效率高(gāo)、適用(yòng)範圍廣、易 與其他(tā)過程集←成等特征,在水(shuǐ)處理(lǐ)領域得(de)到(dào)廣泛應用(yòng)。材料和(hé)工(gōng)程等相(xiàng)關₽科(kē)學的(de)不(bù)斷進步,進一(yī)步推 動了(le)膜分(fēn)離技(jì)術的(de)快(kuài)速發展,應用(yòng)領€域也(yě)從常規的(de)水(shuǐ)處理(lǐ)擴展到(dào)特種或非常規污染水(shuǐ)處理(lǐ),在保障水(shuǐ)安全方面發揮了(le)重要(yào)作(zuò)用(yòng)。Ω為此,本文(wén)從水(shuǐ)安全的(de)內涵出發,對膜技(jì)術從不(bù)同角度保障水(shuǐ")安全的(de)進展 進行(xíng)綜述,對未來的(de)發展趨勢進行(xíng)展望。

    2 水(shuǐ)安全的(de)內涵與我國水(shuǐ)安全問題現狀

    水(shuǐ)安全問題的(de)成因既有(yǒu)自(zì↔)然因素也(yě)有(yǒu)人(rén)為原因。從表象來看(kàn),水(shuǐ)安全是(shì)指所有(yǒu)與水(shuǐ)相(xiàng)關的(de) 要(yδào)素未對人(rén)類社會的(de)穩定與發展構成威脅,或者說 存在著某種威脅,但(dàn)屬于可(kě)控範圍之內。₹

    因此,水(shuǐ)安全問題既涉及社會和(hé)國家(ji♥ā)安全,又(yòu)與自(zì)然資源領域密切相(xiàng)關,其內涵包括多(duō)個方面: a. 水(shuǐ)量充裕和(hé)結構均衡的(de)水(shuǐ)資源安全≤;b. 能(néng)提供品 質安全的(de)飲用(yòng)水(shuǐ)源、具有(yǒu)容量內納污能(néng)力 和(hé)服務功 能(néng)的(de)水(shuǐ)環境安全;c. 能(néng)保持生(shēng)物(wù)多(duō)樣性和(hé)實現自(zì)我凈化(hu$à)與修復的(de)水(shuǐ)生(shēng)態安全;d. 涉及水(shuǐ)領域的(de)各種水(γshuǐ) 工(gōng)程安全;e. 包括結構供水(shuǐ)和(hé)城(chéng)鄉供水(shuǐ)的(de)供水(shuǐ)安全。

    目前,我國水(shuǐ)安全問題主要(yào)體現在以下(xià)幾個方 面:a.↓ 水(shuǐ)資源短(duǎn)缺,人(rén)均水(shuǐ)資源量為 2200 m3,僅為 ";世界水(shuǐ)平的(de) 28 %,近(jìn) 2/3 的(de)城(chéng)市(shì)不(bù)同程度存在缺水(shuǐ)問題,且水( shuǐ)資源時空(kōng)分(fēn)布不(bù)均,與生(shēng)產力布局不(bù)相(xiàng) 匹配,發展需求與水(shuǐ)資源條件(jiàn)之間的(de)矛盾突&n•bsp;出 ;b. 水(shuǐ)環境污染,相(xiàng)當量的(de)排污水(shuǐ)處理(lǐ)不(b∑ù)徹底,使 江河(hé)湖(hú)海(hǎi)和(hé)地(dì)下(xià)水(shuǐ)受到(dà$o)不(bù)同程度的(de)污染;c. 水(shuǐ)生(shēng)態 破壞,據中國科(kē)學院南(nán)京地(dì)理(lǐ)與湖(hú)泊研究所統€計, 近(jìn) 30 年(nián)來因圍墾等人(rén)為因素而消失的(de)湖(hú•)泊有(yǒu)近(jìn)百 個,濕地(dì)生(shēng)態環境在一(yī)些(xiē)地(dì)區持續惡化(huà);d. 水(s♦huǐ)災害 問題突出,我國南(nán)方洪澇、北(běi)方幹旱及水(shuǐ)土(tǔ)流失等 問題突出;e. 突發事(shì)件(jiàn)多≠(duō),近(jìn)年(nián)來,我國極端氣候、突發性水(shuǐ)源污染事(shì)故、自≤(zì)然災害頻發,威脅城(chéng)市(shì)供水(shuǐ) 安全,影(yǐng)響了(le)正常的(de)生(shēng)產與生(shēng)活秩序,造成了(le)較嚴&n≠bsp;重的(de)社會影(yǐng)響;f. 傳統凈水(shuǐ)工(gōng)藝應對新污染有(yǒuβ)局限 性,我國90%以上(shàng)的(de)水(shuǐ)廠修建于《生(shēng)活飲用♣(yòng)水(shuǐ)衛生(shēng) 標準》(GB 57492006)實施之前,所采用(yαòng)的(de)傳統水(shuǐ) 處理(lǐ)工(gōng)藝對不(bù)斷出現的(dσe)新有(yǒu)機污染物(wù)去(qù)除能(néng)力有(yǒu)限。面對復雜和(hé)嚴峻的(de)₩水(shuǐ)安全問題,膜分(fēn)離技(jì)術 可(kě)以從源頭和(hé)終端兩個環節來應對和(hé)緩解水(shuǐ)安全 危機的(§de)進一(yī)步惡化(huà),并取得(de)了(le)很(hěn)多(duō)突破性的(de)進展。

    3 膜分(fēn)離技(jì)術應對水(shuǐ)安全危機的(de)進展

    3.1 膜法水(shuǐ)處理(lǐ)技(jì)術在開發水(shuǐ)資源方面的(dΩe)進展

    3.1.1海(hǎi)水(shuǐ)淡化(huà)

    地(dì)球上(shàng) 97 %以上(shàng)的(de)水(shuǐ)資源是(shì)以海(hǎi)水(shuǐ↔)的(de)形式存 在,因此,高(gāo)效的(de)海(hǎi)水(shuǐ)淡化(huà)技(jì)術可 (kě)以有(yǒu)效緩解淡水(shuǐ) 資源不(bù)足導緻的(de)水(shuǐ)安全問題。以反滲透>為主的(de)膜法海(hǎi)水(shuǐ)淡化(huà)技(jì)術投資適中、效率高(gāo)、工(gōng)藝成熟。據&nbs$p;統計,全球現有(yǒu) 150 多(duō)個國家(jiā)和(hé)地(dì)區建有(yǒu)海(hǎi)水​(shuǐ)淡化(huà)工(gōng)廠,已建成和(hé)在建海(hǎi)水(shuǐ)淡化(huà)工(gōng)廠超過 15 000 ★個, 淡水(shuǐ)產能(néng)達到(dào) 7×107 m3/d,解決了(le) 2 億多(duō)✘人(rén)的(de)生(shēng)活用(yòng) 水(shuǐ)問題,滿足了(le)一(yī)定量的(de)工(gōng)業生(shēng)產用(yòng)水(shuǐ)需求 。全 球規模最大(dà)、技(jì)術最先進的(de)以色列 Sorek 反滲透海(h&ǎi) 水(shuǐ)淡化(huà)廠于 2013 年(nián) 10 月(yuè)投入全面運營,產水(shuǐ)規模達 6.24→15;105 m3/d,其中約 5.4×105 m3 的(de)水(shuǐ)直接進入供水(shuǐ)系€統,為 150 多(duō)萬人(rén)提供純凈的(de)飲用(yòng)水(shuǐ),占以色₩列 市(shì)政供水(shuǐ)的(de) 20 %。預計到(dào)2016 年(nián),全球海(hǎi)水(shuǐ)'淡化(huà) 的(de)水(shuǐ)產能(néng)將達到(dào)1.3×108m3/d,比2008年(niλán)增加1倍。

    反滲透海(hǎi)水(shuǐ)淡化(huà)的(de)大(dà)規模工(gōng)業化↑(huà)應用(yòng)主要(yào)得(de) 益于超薄反滲透膜制(zhì)備、組件(jiàn)設計以及能(néng)量回收等&n≈bsp;技(jì)術的(de)成熟。目前,基于芳香聚酰胺超薄復合膜的(de) 反滲透海(hǎi)水(∑shuǐ)淡化(huà)過程的(de)能(néng)量回收率超過了(le) 50 %,能(néng)耗降至 1.8&≥nbsp;kW∙h/m3,膜的(de)水(shuǐ)滲透系數達到(dào) 3.5× 10−12 m3/(m2∙εPa∙s),鹽截留率為99.6%~99.8%[6,7], 膜與膜過程的(de)性能(néng₩)均達到(dào)了(le)非常高(gāo)的(de)水(shuǐ)平。

    隨著人(rén)們對淡水(shuǐ)需求的(de)日(rì)益增長,需要(yào)進一(yī)步&Ωnbsp;提高(gāo)反滲透膜的(de)分(fēn)離性能(néng)和(hé)使用(yòng)壽命以降低(dī)反滲透過程的(de)產水(shuǐ)能(néng)耗γ和(hé)成本。在水(shuǐ)分(fēn)子(zǐ)透過細胞膜 機理(lǐ)的(de)啟示下(xià),含水(shuǐ)分(fēn♠)子(zǐ)通(tōng)道(dào)的(de)反滲透膜被認為是(shì)未來高(gāo)通(tōng)量反滲透膜的(de)重要(yào)發展方向之一(yī)。近(jìn)年(nián)☆ 來,很(hěn)多(duō)研究者分(fēn)別通(tōng)過分(fēn)子(zǐ)模擬和(hé)實驗驗證了(lφe)碳 納米管等多(duō)孔納米介質能(néng)夠提高(gāo)反滲透膜通(tōng)量, 還有(yǒu)部分(fēn)研究者將含有₩(yǒu)水(shuǐ)通(tōng)道(dào)蛋白(bái)的(de)囊泡引入反 滲透膜中制(zhì)備得(de∏)到(dào)仿生(shēng)膜,這些(xiē)具有(yǒu)水(shuǐ)通(tōng)道(dào)功能(néng)

    反滲透膜的(de)開發為今後制(zhì)備新型的(de)海(hǎi)水(shuǐ)淡化(huà)膜提 供了(le)很(h≈ěn)好(hǎo)的(de)參考。

    3.1.2 雨(yǔ)水(shuǐ)利用(yòng)

    近(jìn)年(nián)來,由于氣候變化(huà)引發的(de)部分(fēn)城(chéng)市(s÷hì)強降雨(yǔ) 時有(yǒu)發生(shēng),一(yī)方面,強降雨(yǔ)給市→(shì)政供水(shuǐ)系統帶來很(hěn) 大(dà)危害,影(yǐng)響城(chéng)市(shì)飲用₽(yòng)水(shuǐ)安全供給;另一(yī)方面,大(dà)量雨(yǔ)水(shuǐ)又(yòu)給城(chéng)市(shì)帶來豐富的(de)水(sh$uǐ)源。因此,合理(lǐ)利用(yòng)雨(yǔ) 水(shuǐ)不(bù)僅可(kě)以有(yǒu)效防止城(chéng)市(s↕hì)洪澇災害,還可(kě)以開辟出新的(de)水(shuǐ)源。目前,國內很(hěn)少(shǎo)有(yǒu)城(chén g)市(shì)建有(yǒu)雨(yǔ)水(shuǐ)利用(yòng)工(gōng) 程,即使有(yǒu)也(yě)僅僅是(shì)簡單地(dì)通(tōng)過建築屋面和( hé)道(dào)路(lù)面收集徑流雨(yǔ)水(shuǐ),儲存在儲水(shuǐ)池內,再經過沉澱、混凝 和(hé)過濾等方法處理(lǐ)後,作(zuò)為中水(shuǐ✔)用(yòng)于城(chéng)市(shì)小(xiǎo)區的(de)雜 用(yòng)水(shuǐ)水(shuǐ)源。α

    相(xiàng)比于傳統的(de)處理(lǐ)方法,膜技(jì)術可(kě)以將雨(yǔ)水(shuǐ)處 理(lǐ)達到(dào)生(s↓hēng)活水(shuǐ)標準,最大(dà)限度地(dì)發揮雨(yǔ)水(shuǐ)的(de)作(zuò)用(yòng)。 早在★ 21 世紀初,悉尼在奧運會舉辦期間就(jiù)將膜技(jì)術 應用(yòng)于場區的(de)雨(yǔ)水(shuǐ)收集處理(lǐ)系統,采用(yòng)©聚丙烯中空(kōng)纖維微(wēi)濾(MF)膜作(zuò)為預處理(lǐ),去(qù)除水(shuǐ)中的(de)懸浮物(wù)和(hé) 病原體,根據回用(yòn✔g)水(shuǐ)質含鹽量的(de)要(yào)求,再采用(yòng)反滲 透除鹽,產水(shuǐ)Ω加氯消毒後用(yòng)于沖洗廁所,而反滲透 濃水(shuǐ)則用(yòng)于綠地(dì)灌溉。新加坡是(shì)一(yī)個嚴重缺水(shuǐ)的(de)國家(jiā),但(dàn)雨&(yǔ)水(shuǐ)較為豐富,降雨(yǔ)以暴雨(yǔ)為主,具有(yǒu)突然 性、局域性、強度大(dà)、持續時間短(duǎn)的(de)特征,為此新加&n₹bsp;坡公用(yòng)事(shì)業管理(lǐ)局對城(chéng)市(shì)雨(yǔ)水(shuǐ)的(de)儲存進行(xíng)了(le)系統規劃,陸續建成×了(le) 17 個蓄水(shuǐ)池(庫)和(hé) 1 個在下(xià)暴雨(yǔ) 時用(yòng)于防洪的(de)雨(yǔ)水( shuǐ)收集池系統,總庫容量接近(jìn) 1×108 m3,積蓄的(de)雨(yǔ)水(shuǐ)經過以反滲透 為核心的(de)工(gōng)藝 處理(lǐ)後作(zuò)為生(shēng)活用(yòng)水(shuǐ),所供給的(de)水(s$huǐ)量占城(chéng)市(shì)總供水(shuǐ) 量的(de) 30 % 。

    膜技(jì)術不(bù)僅可(kě)以將雨(yǔ)水(shuǐ)處理(lǐ)為生(shēng)活用(yòng)水(±shuǐ),還可(kě) 以將雨(yǔ)水(shuǐ)處理(lǐ)達到(dào)飲用(yòng)水(shuǐ)標♦準,緩解雨(yǔ)洪所引發的(de) 城(chéng)市(shì)飲用(yòng)水(shuǐ)安全問題,本課題組[16]基于超濾(UF)和(hé)β 低(dī)壓反滲透(RO)過程設計和(hé)建立了(le)一(yī)套產水(shuǐ)量達 2₽5 m3/d 的(de)雙膜集成裝置,可(kě)在雨(yǔ)洪期間作(zuò)為應急供 水(shuǐ)使用(yòng)。

    3.1.3 非常規污染水(shuǐ)源開發

    非常規污染水(shuǐ)源是(shì)指由放(fàng)射性≥物(wù)質、生(shēng)化(huà)試劑及《生(shēng)活飲用(yòng)水(shuǐ)衛生(shēng)標準》規定之外(wài)的(‍de)物(wù)質所造成 的(de)污染水(shuǐ)源,為了(le)保護環境和(hé)人(rén)類健康,非常規污 染水(shuǐ)必須經∞過安全、經濟和(hé)有(yǒu)效的(de)處置。

    以放(fàng)射性污染水(shuǐ)源為例,其處理(lǐ)方法包括化(huà)學 沉澱法、膜處理(lǐ)法和(hé)離子(₹zǐ)交換法等。相(xiàng)對于傳統的(de)處理(lǐ)方法,膜處理(lǐ)法被認為是(shì)最有(yǒu)效的(de)處γ理(lǐ)方法之一(yī)[17]。美(měi)國的(de) RockyFlats 曾安裝了(le)一(yī)±套微(wēi)濾組合系 統,用(yòng)于處理(lǐ)含鈾、重金(jīn)屬和(hé)有(yǒu)機毒物(wù)等污染物(wù)的(de) 廢水(shuǐ),該裝置對鈾的(✘de)去(qù)除率超過 99.9 %。超濾可(kě)以 截留尺寸更小(xiǎo)的(de)顆粒物(wù),但(dàn)仍舊難₩以截留放(fàng)射性離 子(zǐ),常和(hé)反滲透聯用(yòng),或者結合離子(zǐ)交換和(hé)電滲析&nbs→p;工(gōng)藝(EDI),以獲得(de)高(gāo)核素去(qù)除率。納濾(NF)可(kě)以有(yǒu) 效去(qù)除©高(gāo)價離子(zǐ),在核工(gōng)業中主要(yào)應用(yòng)于含硼、鈷 的(de)廢水(shuǐ↑)和(hé)燃料鈾的(de)回用(yòng)處理(lǐ)。與上(shàng)述 3 種壓力 驅動膜過程相(xiàng)比,反滲透處理(lǐ)放(fànεg)射性廢水(shuǐ)的(de)技(jì)術較 為成熟,美(měi)國的(de) Pilgrim、Comanche ↕;Peak、Dresden、 Bruce 等核電站(zhàn)都(dōu)采用(yòng) 反滲透技(jì)術處理(lǐ)放(fàng)射性廢 水(shuǐ)。與壓力驅動膜過程相(xiàng)比,♠膜蒸餾對非揮發性的(de) 放(fàng)射性核素具有(yǒu) 100 %的(de)理(lǐ)論截留率,Zak‍rzewska 等論證了(le)膜蒸餾技(jì)術處理(lǐ)廢水(shuǐ)的(de)可(kě)行(xíng)性,但(dàn)由于過程熱能(néng)利用(yòng)率較低(↑dī)、膜長期使用(yòng)的(de)親水(shuǐ)化(huà)等問題 阻礙了(le)膜蒸餾技(jì)術在該領域的(de)大(dà)規模應用(yòng)。

    生(shēng)化(huà)試劑是(shì)另一(yī)類重要(yào)的•(de)非常規污染物(wù),膜技(jì) 術對水(shuǐ)體中生(shēng)化(huà)污染物(wù)的(de↕)去(qù)除也(yě)有(yǒu)較好(hǎo)的(de)效果。本團隊曾開展以納濾為核心過程的(de)去(qù)除飲用(yòng)水(shuǐ)中

    三緻有(yǒu)機污染物(wù)和(hé)炭疽桿菌的(de)研究,結果表明(míng),&n>bsp;納濾過程對有(yǒu)機污染物(wù)的(de)去(qù)除率超過了(le) 90&®nbsp;%;三 合二消毒與超濾或納濾相(xiàng)結合的(de)工(gōng)藝過程,對炭 疽桿菌均有(y&ǒu)理(lǐ)想的(de)去(qù)除效果,去(qù)除率接近(jìn) 100 %。

    3.1.4 膜法中水(shuǐ)回用(yòng)技&(jì)術

    中水(shuǐ)作(zuò)為城(chéng)市(shì)的(de)第二水(shuǐ)源,通(tōng)過新型中水(shuǐ)回用(πyòng) 技(jì)術的(de)實施,能(néng)有(yǒu)效實現減排和(hé)增加水(shuǐ)源的(de)雙重>效 果。中水(shuǐ)來源廣泛,水(shuǐ)質差異大(dà),常見的(de)有(yǒu)生(shēng)活廢 污水(shuǐ)和(hé)工(gōng)業冷(l✘ěng)卻水(shuǐ)等。傳統的(de)中水(shuǐ)回用(yòng)工(gōng)藝主要(yào) 包括預處理(lǐ)和(hé)主處理(lǐ)兩個階≈段,根據水(shuǐ)源水(shuǐ)質以及 中水(shuǐ)的(de)用(yòng)途不(bù)同而✔采用(yòng)不(bù)同的(de)處理(lǐ)技(jì)術,包括混凝 沉澱、過濾、活性炭吸附等傳統物(wù)化(huà)處理(lǐ)方法,以及 活性污泥、→生(shēng)物(wù)接觸氧化(huà)等生(shēng)物(wù)處理(lǐ)方法。與這些(xiē) 傳統工£(gōng)藝相(xiàng)比,新興的(de)膜分(fēn)離技(jì)術更能(néng)滿足降低(dī)處理(lǐ)成本和(h>é)提高(gāo)回用(yòng)水(shuǐ)質的(de)要(yào)求。

    火(huǒ)電廠的(de)冷(lěng)卻水(shuǐ)一(yī)直是(shì)中水>(shuǐ)回用(yòng)技(jì)術的(de)重要(yào) 應用(yòng)領域,由于其消耗量巨大(dà),回用(yò ng)技(jì)術的(de)處理(lǐ)效 果和(hé)效率是(shì)其成功應用(yòng)的(♠de)關鍵。Li 等將微(wēi)濾與反 滲透過程相(xiàng)耦合,對河(hé)北(běi)省某電廠冷(lěng)卻水(shuǐ)進行(xíng)處 ↕理(lǐ),實現了(le)冷(lěng)卻水(shuǐ)的(de)高(gāo)效回用(yòng)。該系統能(néng)截→留 98 % 的(de)鹽,出水(shuǐ)水(shuǐ)質較好(hǎo),且該雙膜法的(de)冷(lěng)卻水(shuǐ)處理(lǐ)回÷用(yòng)周期僅為傳統化(huà)學處理(lǐ)法的(de) 35 %左右。Alt- man 等則采用₩(yòng)以納濾為核心的(de)過程去(qù)除冷(lěng)卻水(shuǐ)中鹽 離子 (zǐ)以達到(dào)中水(shuǐ)回用(yòng)的(de)目的(de),研究發現膜過程裝置的(de)規模控制(zhì)是(shì)決定中水(shuǐ)回用(yòng)經濟性™的(de)關鍵所在。 大(dà)連北(běi)海(hǎi)熱電廠采用(yòng)反滲透技(jì)術處理(lǐ)二級中水(shuǐ),出 水(s♥huǐ)水(shuǐ)質各項指標遠小(xiǎo)于再生(shēng)水(shuǐ)用(yòng)作(zuò)工(gōng)業用(yòng)水(shuǐ)的(de)水(shuǐ)&nπbsp;質標準限值,大(dà)大(dà)節約了(le)水(shuǐ)資源消耗量,2013 年(nián)全 年(nián)環比節約自(zì)來水(shuǐ) 2&#∑215;106 t。

    據環保部統計年(nián)報數據,2012 年(niáσn)我國城(chéng)鎮生(shēng)活 污水(shuǐ)排放(fàng)量達 4.627×1010 t,占全國廢水(shuǐ)年(λnián)排放(fàng)量的(de) 65 %以上(shàng)。因此,將膜技(jì)術用(yòng)于我國城(chéng)鎮生(shēng)活污水(shuǐ↔) 處理(lǐ),實現中水(shuǐ)回用(yòng)的(de)潛力巨大(dà)。將生(shēng)物(wù)處理(lǐ)與膜分(fēn)離過程相(xiàng)結合的(‍de)膜生(shēng)物(wù)反應器(qì)(MBR)可(kě)以使污 泥保持較高(gāo)活性,實現水(shuǐ)源中污染物(♣wù)的(de)有(yǒu)效降解和(hé)去(qù)除,既減少(shǎo)了(le)中水(shuǐ)系↓統的(de)占地(dì)面積,又(yòu)有(yǒu)效解決 了(le)傳統生(shēng)物(wùγ)法污泥產率較高(gāo)的(de)缺點。2008 年(nián)北(běi) 京奧運會多(duō)個場館中心就(jiù)采用(yòng)自(zì)動化(huà)程度×高(gāo)的(de)浸 沒式 MBR 工(gōng)藝進行(xíng)中水(shuǐ)回用(yòng)→,處理(lǐ)規模達1 000 m3/d, 確保了(le)綠色奧運的(de)順利舉行(xíng)♠。

    為了(le)進一(yī)步降低(dī)污水(shuǐ)處理(lǐ)成本,一(yī)種將膜分(fēn)離與厭氧發酵相(x÷iàng)結合的(de)新型厭氧膜生(shēng)物(wù)反應器(qì)(AM-BR)技(jì)術正得(de)到(dào)日(rì)益廣泛的(de)關注,該技(jì)術在去(₽qù)除污染物(wù)的(de)同時產生(shēng)大(dà)量的(de)沼氣,有(yǒu)效降低(dī)了(le)過程的(de)能(nén g)耗,如(rú)圖 1 所示。Dutta 等采用(yòng)流態AMBR 法處理(lǐ)含藥物(wù)等有(yǒu)機物(wù')的(de)城(chéng)市(shì)污水(shuǐ),發現該方法使用(yòng)顆粒活性炭(GAC)載體媒介能(néng)有(yǒu)效降低(dī)膜污染。Wei等將正滲≤透膜過程(FO)以及熱泵耦合到(dào)AMBR 過程中,能(néng)有(yǒu)效實現城(chλéng)市(shì)污水(shuǐ)處理(lǐ)過程中的(de)能(néng)量回收,其對城(chéng)市(shì)污水(shuǐ)中化(huà)學需氧♠量(COD)的(de)去(qù)除率大(dà)于 98 %。

    值得(de)注意的(de)是(shì),由于回用(yòng)★的(de)中水(shuǐ)仍可(kě)能(néng)殘存微(wēi) 量的(de)重金(jīn)屬、有(yǒu)機物(wù)等污染♣物(wù),有(yǒu)在土(tǔ)壤、有(yǒu)機體內 沉積富集的(de)可(kě)能(néng),所以中水(shuǐ)回用(yòng)尚存在一(yī)定的(de)環境與健康風•險。為了(le)降低(dī)這一(yī)風險,除加強管理(lǐ)以及 法規建設外(wài),提×高(gāo)中水(shuǐ)回用(yòng)技(jì)術的(de)凈化(huà)效果以及運 行(xíng)穩定性至關重要(yào)。研發截留效率高(gāo)、穩定性好(hǎo)的(de≥) 膜,以及開發新型膜過程組合工(gōng)藝將是(shì)今後研究的(de)重點。

    3.2 膜法工(gōng)業廢水(shuǐ)減排處理(lǐ)技(jì)術&nbsδp;我國目前工(gōng)業廢水(shuǐ)排量大(dà),污染物(wù)種類復雜,

    污染行(xíng)業以及污染程度存在區域差異性,治理(lǐ)難度 大(dà)。近(jìn•)年(nián)來,各種膜技(jì)術的(de)快(kuài)速發展為解決工(gōng)業廢 水(shuǐ)污染問題提供了(le)可(kě)能(néng)性↑,其中微(wēi)濾、超濾和(hé)納濾等膜具有(yǒu)不(bù)同的(de)孔徑,主要(yào)通(tōng)過篩分(fēn)作(zuò)用(yòng)去(q÷ù)除污水(shuǐ)中的(de)細菌、病毒、大(dà)分(fēn)子(zǐ)污染物(wù)以及部分(fēn)小(xiǎo)分(fēn♦)子(zǐ)污染物(wù),實現不(bù)同類型廢水(shuǐ)的(de)除污;反滲透、離子(zǐ)交換膜、雙極膜等緻密膜則可(kě)實₹現污水(shuǐ)的(de)深度處理(lǐ)以及高(gāo)附加值物(wù)質的(de)回收。因此,可(kě)以通(tōng)過不(bù)同膜®過程的(de)組合來滿足不(bù)同的(de)廢水(shuǐ)處理(lǐ)要(yào)求,圖 2 給↔出了(le)一(yī)個理(lǐ)想的(de)全膜法廢水(shuǐ)處理(lǐ)組合工(gōng)藝流程概念。實際應用(yòng)中則往往根據♥廢水(shuǐ)的(de)具體情況選擇不(bù)同的(de)組合工(gōng)藝。例如(rú),俞海(hǎi)橋等采用(yòng)超濾-反滲透雙膜法對污染濃度高(gāo)的(de)皮革廢∑水(shuǐ)進行(xíng)處理(lǐ),產水(shuǐ)水(shuǐ)質達到(dào)回用(yòng)標準,且處理(lǐ)成本僅為傳統處理(lǐ)方法 的(de)&δnbsp;50 %。

    納濾是(shì)近(jìn)年(nián)來廣受關注的(de)一(yī)種膜技(jì)術,由于其  截留分(fēn)子(zǐ)質量大(dà)小(xiǎo)相(xiàng)對比較集中的(de)特點,可(kě)以有(yǒu)>效 截留水(shuǐ)中藥物(wù)、染料等有(yǒu)機物(wù),成為廢水(shuǐ)處理(lǐ)組合 工(gōng)藝中的(de)核心技(jì)術。Ravik→umar 等采用(yòng)納濾-反滲 透雙膜法實現了(le)對藥物(wù)廢水σ(shuǐ)的(de)處理(lǐ),該雙膜法對總 溶解固體(TDS)和(hé)COD 的(de)去(qù)除率分(fēn)別達到(dào)了(le) 95.β3 %和(hé) 99.5%。Qin 等通(tōng)過調節納濾膜分(fēn)子(zǐ)鏈 結構,達到(dào)了(le)從高(gāo)鹽染料廢☆水(shuǐ)中回收萘磺酸的(de)目的(de)。Zhu等通(tōng)過選擇具有(yǒu)合適截留分(fēn)子(zǐ)質量的(de) 納濾膜‌,實現了(le)對染料廢水(shuǐ)中活性染料的(de)回收去(qù) 除,活性染料截留率高(gāo)達 99₽.8 %。Shukla 等采用(yòng) 超濾-納濾-反滲透的(de)組合膜工(g★ōng)藝,實現了(le)對造紙行(xíng)業漂染廢水(shuǐ)的(de)處理(lǐ)。

    電滲析具有(yǒu)良好(hǎo)的(de)離子(zǐ)交換選擇性,因此在處 理(lǐ)含鹽離子(zǐ)的(de)廢水©(shuǐ)領域展現出明(míng)顯優勢,被廣泛應 用(yòng)于含有(yǒu)貴金(jīn)屬離子(zǐ)或其他(tā)高(gāo)濃度酸>堿的(de)廢水(shuǐ)處 理(lǐ)。周國平等采用(yòng)陰離子(zǐ)交換膜法實現了(le)對高(gāo)濃 硫酸的(dπe)廢水(shuǐ)處理(lǐ)并回收硫酸,回收率高(gāo)達 83.4 %。

    雙極膜是(shì)在離子(zǐ)交換膜的(de)基礎上(shàng)發展起來的(de)一&(yī)種新的(de)膜技(jì)術,通(tōng)常由陰陽離子(zǐ)交換層復合而成,兩層中間含有(yǒu)能(néng)催化(huà)水(shuǐ)解的(de)催化(huà)劑,具有(yǒu)獨↔特的(de)分(fēn)離性能(néng)[40]。由于雙極膜能(néng)夠催化(huà)水(shuǐ)解離,←產生(shēng)的(de) H+和(hé) OH-分(fēn)別進入不(bù)§同的(de)膜室,使溶液中的(de)鹽重新轉變為酸和(hé)堿,可(kě)同時實現廢水(shuǐ)處♥理(lǐ)以及酸堿回收。雙極膜的(de)這一(yī)特點使其在處理(lǐ)酸堿廢水(shuǐ)方面具有(yǒu)其他(tā)膜技(jì←)術不(bù)可(kě)取代的(de)優勢,在解決稀土(tǔ)、冶金(jīn)、金(jīn)屬加工(gōng)等行(xíng)業廢水(shuǐ)方面具有(yǒu)廣闊前景。例如Ω(rú),Ghyselbrecht 等利用(yòng)雙極膜實現工(gōng)業廢水(shuǐ)中鹽 分(fēn¶)的(de)脫除。

    工(gōng)業廢水(shuǐ)的(de)多(duō)樣性導緻了(le)缺乏普適的(de)處理(lǐ)方 ∑法和(hé)工(gōng)藝,同時,廢水(shuǐ)組成的(de)復雜性使得(de)高(gāo)效處理(lǐ)&nbs↓p;非常困難。膜技(jì)術雖然在該領域已經有(yǒu)了(le)非常重 要(yào)的(de)應用(yòng),但(dàn)©是(shì)未來仍需要(yào)加強膜技(jì)術與其他(tā)分(fēn)離過程集成的(de)研究,進一(yī)步提高(gāo)處理(lǐ)效率。

    3.3 膜法飲用(yòng)水(shuǐ)深度處理(lǐ)技(jì)術

    由于我國過去(qù)粗放(fàng)式的(de)發展模式導緻一(yī)些(xiē)地(dì)區水(shuǐ)污染問題較$嚴重,雖然近(jìn)年(nián)來國家(jiā)對水(shuǐ)資源的(de) 保護力度不(bù)斷加強,但(dàn)短(duǎn)期內很(hěn)難有(yǒu)突破性的(de)改&‍nbsp;善,而常規飲用(yòng)水(shuǐ)處理(lǐ)工(gōng)藝對溶解性有(yǒu)機物(wù)去(qù)除能(néng) 力不(bù)足,若水(shuǐ)中有(yǒ•u)機物(wù)去(qù)除不(bù)徹底,則加氯消毒還 有(yǒu)可(kě)能(néng)產生(shēng)二次污染[43],使得(de)部分(fēn)地(dì)區 飲用(yòng)水(shuǐ)安全 問題較為突出。隨著新國家(jiā)標準《生(shēng)活飲用(yòng)水(shuǐ)衛生(shēng) 標準》(GB574920 06)的(de)執行(xíng),為了(le)保證飲用(yòng)水(shuǐ)水(shuǐ)&nbφsp;質安全,必須對飲用(yòng)水(shuǐ)進行(xíng)深度處理(lǐ),以去(qù)除常規 自(z←ì)來水(shuǐ)生(shēng)產工(gōng)藝中無法去(qù)除的(de)微(wēi)量有(yǒu)機污染物(wù)☆、消 毒副產物(wù)等。近(jìn)年(nián)來,以壓力驅動的(de)微(wēi)濾、超濾、納濾和(hé)反滲透等膜過程被認‍為是(shì)飲用(yòng)水(shuǐ)深度處理(lǐ)的(de) 先進技(jì)術之一(yī)。

    與納濾和(hé)反滲透過程相(xiàng)比,微(wēi)∞濾和(hé)超濾的(de)操作(zuò)壓力更低(dī),可(kě)替代常規飲用(yòng)水(shuǐ)處理(→lǐ)過程中的(de)沉澱池和(hé)濾池,處理(lǐ)後的(de)水(shuǐ)質遠遠優于常規處理(lǐ)。但(dàn)是(shì)由于微(w☆ēi)濾、超濾膜截留分(fēn)子(zǐ)質量較高(gāo),水(shuǐ)中存在的(de)低(dī)分₹(fēn)子(zǐ)質量有(yǒu)機物(wù)無法有(yǒu)效去(qù)除,為了(le)達到(dào)更好(hǎo)的(de)飲用(yòng)水(shuǐ)深度處理(lǐ)效果,微(wēi)濾←、超濾常與高(gāo)級氧化(huà)、吸附等去(qù)除有(yǒu)機物(wù)效率高(gāo)的(de)工(gōng)藝聯合使用&(yòng)。例如(rú),最近(jìn)清華大(dà)學報道(dào)了(le)將臭氧氧化(huà)和(hé)超濾陶瓷膜組合進行(xíng)飲用(yòng)水(shuǐ)深度凈化(huà)的±(de)研究,結果表明(míng)用(yòng)該工(gōng)藝處理(lǐ)輕度污染水(shuǐ)源得(de)到(dào)的(de)水(shuǐ)質明(míng)顯優于常規處理(lǐ)工(g÷ōng) 藝。

    納濾過程不(bù)僅能(néng)去(qù)除大(dà✔)分(fēn)子(zǐ)污染物(wù),對溶解性 有(yǒu)機物(wù)、消毒副產物(wù)前驅體π的(de)去(qù)除率也(yě)均較高(gāo),同 時還能(néng)保留水(shuǐ)中某些(xiē)對人(rén)體有(yǒu)益的(d£e)小(xiǎo)分(fēn)子(zǐ)和(hé)礦物(wù) 質。因此,近(jìn)年(nián)來納濾在飲用(yòng)水(shuǐ)深度處理(lǐ)領域得(de)到(dào→)了(le)越來越多(duō)的(de)關注。世界上(shàng)第一(yī)個大(dà)型納濾飲用(yòng) 水(sh€uǐ)深度處理(lǐ)系統建立于法國 Mery-sur-Oise 水(shuǐ)廠,該 納濾系統>日(rì)產淡水(shuǐ)1.4×105 m3,長期運行(xíng)結果表明(míng): 納濾工‍(gōng)藝去(qù)除有(yǒu)機物(wù)和(hé)殺蟲劑非常有(yǒu)效,出水(shuǐ)總有(yǒu)&nbs©p;機碳濃度(TOC)<0.1 mg/L,水(shuǐ)質極好(hǎo),且生(shēng)物(wù)穩定性 好(hǎo),能(néng)有(y≠ǒu)效防止細菌的(de)再繁殖。國內,浙江大(dà)學為了(le)應對杭州地(dì)區錢塘江潮汐導緻的(de)飲用≥(yòng)水(shuǐ)鹹度過 高(gāo),建立了(le)一(yī)套以納濾為核心的(de)自(zì)來水(shuǐ)深度處理(lǐ)示 範集成≥系統,日(rì)產凈化(huà)水(shuǐ) 500 m3,該系統不(bù)僅能(néng)有(yǒu)效&nbΩsp;脫除鹽分(fēn),還能(néng)降低(dī)水(shuǐ)體中的(de)有(yǒu)機污染物(wù),對潮汐 地(dì)區的(de)飲水(shuǐ)安全具有(σyǒu)保障作(zuò)用(yòng)。

    反滲透可(kě)以去(qù)除水(shuǐ)中各種懸浮物(wù)、膠體、溶解 性有(yǒu)機物( wù)、無機鹽、細菌和(hé)微(wēi)生(shēng)物(wù)等,成為制(zhì)備純水(shuǐ)的₽(de)主要(yào)技(jì)術之一(yī)。1995 年(nián),美(měi)國加利福尼亞州建立 §了(le)第一(yī)座以反滲透為核心技(jì)術的(de)水(shuǐ)再生(shēng)廠,運行(xíng)結 果表明(míng),反滲透過程能(néng)夠去(qù)除水(shuǐ✘)中大(dà)部分(fēn)的(de)污染物(wù)質,各項指標均優于加利福尼亞州飲用(yòng)水(shuǐ)標準。 2008 年¶(nián) 12 月(yuè),澳大(dà)利亞昆士蘭東南(nán)部一(yī)座水(shuǐ)廠將反 滲透技(jì)術用≤(yòng)于生(shēng)產可(kě)直接飲用(yòng)的(de)純水(shuǐ),該純水(shuǐ)生(shē ng)產工(gōng)藝的(de)核心部分(fēn)分(fēn)別是(shì)微(wēi)/超濾膜、®反滲透以及高(gāo)級 氧化(huà)過程,經過 16 個月(yuè)的(de)運行(xíng),證明(míng)該組合工(gōλng)藝產 水(shuǐ)水(shuǐ)質良好(hǎo),超過飲用(yòng)水(shuǐ)標準。

    膜技(jì)術作(zuò)為先進的(de)飲用(yòng)水(shuǐ)深度處理(lǐ)技(jì)術已經 €得(de)到(dào)了(le)廣泛認同,但(dàn)水(shuǐ)的(de)污染源種類復雜,針對水(sh★uǐ) 源狀況選擇合適的(de)過程是(shì)膜技(jì)術成功應用(yòng)于飲用(yòng)&nbs♠p;水(shuǐ)深度處理(lǐ)的(de)關鍵。而飲用(yòng)水(shuǐ)安全涉及民(mín)生(shēng)問題, 制(zhì)水(shuǐ)成本不(bù)☆宜過高(gāo)的(de)要(yào)求使得(de)膜技(jì)術在飲用(yòng)水(shuǐ)深 度處理(lǐ)領域大(dà)規模推廣應用(yò≠ng)的(de)經濟可(kě)行(xíng)性有(yǒu)待進 一(yī)步提高(gāo)。

    4 結語

    水(shuǐ)安全是(shì)維護公眾健康、保障人(rén)類社會可(kě)持續 發展和(hé)推進生(shēngβ)態文(wén)明(míng)建設的(de)要(yào)素,面對日(rì)趨嚴峻的(de)水(shuǐ)安全問題,膜技(jì)術在應₹對水(shuǐ)安全危機中發揮了(le)巨大(dà)的(de)作(zuò)用(yòng)。

    1)開辟多(duō)樣性的(de)水(shuǐ)源:多(duō)膜集成技(jì)術能(néng)夠滿足不(bù)同水(shuǐ)源、水(shu♦ǐ)質的(de)產水(shuǐ)要(yào)求,為獲得(de)安全可(kě)靠的(de)水(shuǐ) 質提供了(le)保障。

    2)提高(gāo)水(shuǐ)的(de)利用(yòng)效率:膜技(jì)術的(d₹e)易集成和(hé)高(gāo)效的(de)特點,使其能(néng)夠應用(yòng)于不(bù)同領域,有(yǒu)助于實現廢 水(shuǐ)的(de)循環利☆用(yòng),減少(shǎo)廢水(shuǐ)排放(fàng)。

    3)保障飲用(yòng)水(shuǐ)質安全:無論是(shì)單一(yī)膜技(jì)術還是(shì)多(duō)膜集成技(jì)術在合理(lǐ)的♥(de)設計下(xià)都(dōu)能(néng)保障產水(shuǐ)水(shuǐ)質 的(de)安全,確保了(le)↔飲用(yòng)水(shuǐ)能(néng)夠達標。

    盡管如(rú)此,膜技(jì)術僅僅是(shì)保障水(shuǐ)安全的(de)一(yī)種措 施和(hé)手段,'真正解決水(shuǐ)安全危機需要(yào)政府的(de)統籌規 劃、行(xíng)業的(de)積極協調和(hé)科(kē)技(jì)•工(gōng)作(zuò)者的(de)不(bù)懈努力,更需要(yào)公眾的(de)廣泛參與和(hé)共同努力。