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视角:2020年膜法水处理市场前景及目前膜处理存在的问题

废水回用研究2018-07-15 13:56:45

一、膜法水处理市场分析

相对传统的污水处理方法而言,膜法水处理技术具有出水质量高、治水效果稳定、分离能耗低等多个优点,是水处理工艺未来发展方向。

与发达国家相比,我国膜产业起步较晚,但是发展迅速,现阶段我国已经成为膜研究和膜应用第一大国,中国在某些膜技术研究领域已经处于世界领先地位,2015年我国膜产业产值规模达到849亿元,同比增长15.8%。

近年来,我国生活污水排放量持续增加,市政污水处理需求量增长迅速,随着城镇污水处理率的不断提高,提高城镇污水处理效果将逐渐成为行业未来发展的重点,改进污水处理工艺就是提升污水处理效率的主要方式之一。尽管我国工业废水排放量正在逐年减少,但是工业废水排放规模依旧非常庞大,而且随着国家排放标准的不断提高,为达标将会有越来越多的工业企业主动采用膜产品。

就当前的市场发展现状来看,膜技术在污水处理行业推广应用的一个重要制约因素即成本略高,膜技术逐渐成熟,不仅拓宽了膜法水处理应用范围,也将会带来技术成本的下降,膜产品在污水处理领域大规模应用将成为现实。

“十二五”是膜法水处理全面推广阶段,行业年产值五年复合增速约为16.24%,尽管工业废水排放量在下降,城镇污水处理率也已达90%,膜材料及膜技术应用成本都趋于下降,但膜法水处理的潜在市场空间依然很广,尤其是在再生水和工业废水处理领域。

综合多重因素中投顾问产业研究中心预测,“十三五”期间膜法水处理行业产值五年复合增速大概落在10-15%间,若以13%进行计算,到2020年我国膜法水处理行业市场规模将达1600亿元左右。

数据来源:中投顾问

二、膜处理技术在当前污水处理中的应用及存在的问题

2.1膜处理技术处理市政污水

膜处理技术不同于生物处理技术,对温度等没有严格要求,且不会改变污染物处理前后的理化性质,因此在市政污水处理中潜力巨大。膜处理技术处理在市政污水处理中的应用价值主要体现在中水回用上,近年来国内外均有许多成功利用膜处理技术达到中水回用目的的应用实例。如新加坡在2000年建成了膜处理中水回用工程示范项目,用此处理污水厂二级处理的污水,将处理后的污水用于绿化浇灌及厕所冲水;我国清华大学利用砂滤-超滤工艺构建中水回用装置,处理污水厂二级处理的污水,日处理量为500m3,经检测处理后的水质中COD、BOD及大肠杆菌等指标均显著降低。

2.2膜处理技术处理含油污水

在石油采集过程中往往会产生大量超过国家排放标准的污水,其中油的含量高达100-1000mg/L,这类污水必须经过适当处理才能进行排放。传统的含油污水处理技术如隔油技术、气浮技术及生化处理技术由于成本较高或处理效率较低等原因均不能达到理想的处理效果。膜处理技术处理含油污水处理已有几十年的实践。刘福琼曾用由中空纤维膜处理含油污水,已能将污水中的油含量控制在国家排放标准以内,上世纪80年代出现了折叠滤膜筒处理含油污水,也具有较好的处理效果;UF和MF的中空纤维是近年来研究较多的用于含油污水处理的膜处理介质,李永发利用中空纤维UF处理含油污水,能将污水中的油含量降到较低的含量,但由于中空纤维UF处理效率较低、水质不稳定且膜本身易被污染,因此其在水处理中的大规模应用受到限制。

2.3膜处理技术处理印染废水

纺织和印染工厂中排放的工业废水中含盐量高、化学需氧量和色度也很高,并且难以用生物化学方法处理。传统的处理工艺如活性污泥法、沉降法等难以将水质处理到排放标准。即使膜处理中的超滤技术也不能将污水中的小分子污染物去除。比较高效的处理方式为先用活性污泥等生物降解,再采用纳滤。此技术可以将印染污水处理到可回用水质,处理后水质各方面指标接近地下水。该处理技术能将印染污水的80%-90%重新回收利用。

2.4膜处理技术用于饮用水处理

自来水厂的水处理技术通常为絮凝沉淀、过滤及加氯等,水质虽能达到饮用标准,氮其在长途输送管道中容易滋生细菌、病毒,水管锈蚀后的铁锈也会进入自来水中;且自来水中添加的氯,本身也可能转变成卤乙酸等致畸物质,因此有必要对日常的饮用水作进一步处理。现在常用的净水器中含有纤维棉、活性炭等基本水处理介质,更有陶瓷膜、纤维膜、离子交换树脂和杀菌装置等,能将饮用水中污染物质及细菌病毒等进一步去除。如天津膜天膜公司利用PVDF滤膜制作的净水器,不但净水性能比较稳定,而且使用寿命长(可达3年)。并且膜处理过程只依靠自来水本身压力即可达到水质净化目的,处理效率较高,能去除水中的异味、病菌及其他污染物。

2.5膜处理技术中存在的问题

膜处理技术在污水处理中虽有较好的表现,但本身尚存在一些问题有待解决,主要是膜污染为题。如长时间处理污水,膜截留的污染物会对膜本身造成污染,并且容易堵塞膜孔,造成污水处理效果降低,效率变慢等问题。

膜污染形式

膜污染主要有膜表面覆盖污染和膜孔内堵塞污染两种形式。膜表面污染层大致呈双层结构,上层为较大颗粒的松散层,紧贴于膜面上的是小粒径的凝胶层,一般情况下,松散层尚不足以表现出对膜的性能产生大的影响,在水流剪切力的作用下可以冲洗掉,膜表面上的凝胶层则对膜性能正常发挥产生较大的影响。因为该污染层的存在,有大量的膜孔被覆盖,而且该层内的微粒及其他杂质之间长时间的相互作用极易凝胶成滤饼,增加了透水阻力。

膜孔堵塞是指微细粒子塞入膜孔内,或者膜孔内壁因吸附有机物等杂质形成沉淀而使膜孔变小或者完全堵塞,这种现象的产生,一般是不可逆过程。

污染物质

污染物质因处理料液的不同而各异,但大致可分下述几种类型:

胶体污染:胶体主要是存在于地表水中,特别是随着季节的变化,水中含有大量的悬浮物如粘土、淤泥等胶体,均布于水体中,它对滤膜的危害性极大。因为在过滤过程中,大量胶体微粒随透过膜的产水流涌至膜表面,随着连续运行,被膜截留下来的微粒容易形成凝胶层,更有甚者,一些与膜孔径大小相当及小于膜孔径的粒子会渗入膜孔内部堵塞流水通道而产生不可逆的变化现象。另外,水中铁、锰以及在流程中加入铁系、铝系混凝剂形成的胶体,都有可能在膜表面形成凝胶层。

改善措施:超滤膜前脱除胶体的方法主要有凝聚、絮凝(包括电絮凝)、混凝或气浮等。凝聚是在废水中投加带正离子的混凝药剂,大量正离子在胶体粒子之间的存在可以消除胶体粒子之间的静电排斥,从而使微粒聚结。常用的凝聚剂有硫酸铝、硫酸亚铁、明矾、氯化铁等。

凝聚与絮凝结合在一起使用的过程为混凝过程。混凝对原水的悬浮物、有机物及胶体物质等杂质都有去除效果,操作简单,处理成本低,是目前国内外应用最普遍的水处理方法。据文献报道,一般混凝+过滤可去除60%的胶体硅,混凝+澄清过滤可去除90%的胶体硅。

有机物污染:水中的有机物,有的是在水处理过程中人工加入的,如表面活性剂、清洁剂和高分子聚合物絮凝剂等,有的则是天然水中就存在的,如腐殖酸、丹宁酸等。这些物质也可以吸附于膜表面而损害膜的性能。

改善措施:絮凝法可有效去除水中的悬浮性物质,防止膜发生胶体污染。高级氧化法可有效去除水中难降解有机物。生物法如接触氧化和BAF可有效降低水中的有机物、氨氮、油,并截留大量悬浮物,BAF尤其对氨氮去除效果好。不同的预处理方法各有优势,必须结合实际废水水质筛选出相应的有机物去除手段。

微生物污染:微生物污染对滤膜的长期安全运行也是一个危险因素。一些营养物质被膜截留而积聚于膜表面,细菌在这种环境中迅速繁殖,活的细菌连同其排泄物质,形成微生物粘液而紧紧粘附于膜表面,这些粘液与其他沉淀物相结合,构成了一个复杂的覆盖层,其结果不但影响到膜的透水量,也包括使膜产生不可逆的污堵。

改善措施:生物污染可通过对进水进行连续或间歇的消毒来控制。但必须考虑该消毒剂对膜的降解性。研究表明,一氯化胺是一种优于氯消毒的生物膜消毒剂,可大大减少微量有机氧化物,抑制细菌生长。废水中连续投入3~5mg/L一氯化胺可抑制生物膜生长(对膜无氧化损害),延长运行周期。

另外,在膜的脱盐系统中,低浓度(0.5~1.0mg/L)硫酸铜的添加可抑制藻类生长。一些表面活性剂和其它化学试剂可干扰细菌在膜聚合物上的粘附。另外,可通过物理手段:如加强横向流速,增加气体反冲,来阻止微生物的粘附。


技术来源:废水回用研究头条号

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