膜法污水處理技術的綠色低碳化發展思考

＊許智程

（江蘇新宇天成環保有限公司 江蘇 214000）

多年以來我們一直在以犧牲環境為代價來追求經濟發展，隨著全球經濟的快速增長和工業化進程的加速，隨之而來的是嚴重的污染和氣候變化等環境問題，這給全球可持續發展帶來了嚴重的威脅。多國密集發布促進氫能、儲能、地熱等新興產業發展的配套政策，推進加速棄煤，削減化石燃料補貼脫碳進程，加速化石燃料退出。綠色低碳化發展是實現可持續發展的必要條件，一方面可以在經濟高速發展的同時減少對環境的破壞，降低能源的消耗；另一方面可以提高我國企業的國際競爭力，促進能源行業智慧轉型、升級、創新。我國在《2030年前碳達峰行動方案》中指出，要大力發展新能源，全面推進風電、太陽能發電大規模開發和高質量發展。

在此背景下對污水處理行業也提出了新的發展要求，即在提高污水處理效率的前提下，盡可能地減少能源消耗和二氧化碳等有害物質的排放。膜法污水處理技術作為一種新型高效的污水凈化技術，具有節能高效、直接再利用等諸多優勢，可滿足綠色低碳化的發展需求。然而，膜法污水處理技術在降低碳排放方面仍有不足和挑戰。本文從膜法污水處理技術的系統評估、膜材料的技術革新、污水再生循環利用、高標準與低碳之間的平衡、智能化管理等多方面對膜法污水處理技術所存在的不足進行了論述，以期為膜法污水處理技術的發展提供一些支持。

1.綠色低碳化背景與發展要求

隨著環境問題的日益嚴重和氣候變化的威脅加劇，全球范圍內正在推動綠色低碳化發展。所謂綠色低碳化發展是指在保障可持續發展的前提下，消耗盡可能少的資源和能源的發展方式。其中，“綠色”指的是環境友好型，可以降低對生態環境的影響，“低碳”指的是低碳排放，可以降低對氣候造成的影響。水污染處理技術的發展也必須符合這一趨勢，在此背景下，膜法污水處理技術成為一種符合綠色低碳發展要求的前沿技術。膜法污水處理技術具有清潔、高效、節能等特點，可以有效地去除水污染物，減少對水資源和環境的影響，符合低碳排放的要求。然而，在綠色低碳發展要求的指導下，應進一步推廣和應用膜法污水處理技術，以替代傳統高耗能、高污染的污水處理方法，降低對環境和能源的壓力。同時，需要加強膜法污水處理技術的研發和創新，提高其效率和穩定性，使其能夠適應各種復雜的水污染情況。在推動膜法污水處理技術應用的過程中，也應注重循環經濟的理念，實現廢水的資源化和無害化處理。總之，推廣膜法污水處理技術與其它綠色低碳化技術結合，實現水污染治理和綠色低碳化發展兩者的協同，將有助于保護水環境和人類健康，推動綠色低碳發展的實現。

2.膜法污水處理技術概述

膜法污水處理技術是一種利用高效過濾膜的物理分離污水的方法，其原理是通過微孔或超濾膜等過濾介質，將水中的懸浮物、菌類、病毒、有機物等污染物分離出來，從而實現凈化污水提高水資源利用率、解決水資源短缺和水污染問題等目的[1,2]。膜法污水處理技術具有占地面積小、工藝簡單、操作方便、效率高、水質好、回用率高等優點，可有效去除微小顆粒、有機物和溶解性鹽類，被廣泛的應用于市政污水處理、工業廢水處理、農村污水處理、海水淡化等領域[3-5]。但膜法污水處理在清洗膜過程中需要耗費大量的電力，需要進行過濾、生化和沉淀等預處理操作，同時由于膜孔徑較小易被污染物堵塞需要定期更換，因此膜法污水處理技術也存在運行成本高、污染物堆積、膜易損壞、預處理要求高等缺點。

目前，膜法污水處理技術以高效率、低能耗、低成本的研究目標，主要集中在膜材料改進、污水處理技術集成與優化、新型反滲透技術等方面。

膜材料是膜法污水處理技術的核心，在膜材料改進方面，陶瓷膜在酸堿性、高溫高壓等惡劣條件下具有極強的機械強度和化學穩定性，常見的陶瓷膜材料有二氧化硅、氧化鋁、碳化硅等；納米復合膜材料由多種納米材料和聚合物組成，具有高通量、高選擇性、高穩定性等特點。Xu等[6]使用均苯三甲醛（Tb）和聯苯胺與PVDF混合制得具有高含氮量的COF-TbBd/PVDF親水性超濾膜,利用減小的孔道對水中的Pb2+進行截留，去除率可達到92.4%。開發出生物可降解材料和改性膜材料等更耐用、過濾效率更高、抗污染性更強和使用壽命更長的高性能過濾膜也是學者的研究重點。

在污水處理工藝集成與優化方面，Wang等[7]研究了在一個大型臨建設施中應用一體化生物-MBR膜法進行污水處理的可行性和處理效果，研究結果表明該技術能有效地去除污水中的總氮、總磷和化學需氧量（COD），同時具有處理效率高、占地面積小、操作穩定等優點。將膜法污水處理技術與生物處理、化學氧化等其他污水處理技術相結合，即可以降低污水處理成本也可以提高污水處理效率，例如采用MBR（膜生物反應器）和MOR（膜氧化反應器）等整合技術。

在新型反滲透技術方面，壓力緩解技術是一種利用減少反滲透膜過濾時的壓力差來緩解過濾膜污染的技術，通過周期性地降低過濾膜的進水壓力清洗過濾膜表面殘留的污染物，從而減少過濾膜的堵塞和損傷；電動勢驅動技術利用電動勢驅動膜分離，在該項技術中通過電極與膜材料的接觸，使膜表面形成了一個電場，當被處理的水通過膜時，離子會被電場吸引或排斥，從而提高了過濾膜的滲透通量；反滲透技術的應用可以顯著提高膜法污水處理的水質凈化效果和穩定性。

3.膜法污水處理技術的不足與挑戰

(1)膜法污水處理降碳缺乏系統評估

目前在膜法污水處理行業存在著一些評價標準不統一的客觀情況，缺乏對減排降碳能力的系統性評估標準，這也給企業和監管部門的監管和管理帶來了挑戰。目前，評估膜法污水處理技術的減污降碳能力主要集中在以下幾點：①污染物去除率：膜法污水處理技術評估的重要指標之一就是能夠有效地降低有害物質的排放濃度，通過對COD、NH3-N、TP、TN等指標的測定評估膜法污水處理技術對污染物的去除率。②能源消耗量：膜法污水處理技術中由于膜材料的特殊性對能源的需求較高，評估膜法污水處理技術中電能、化學藥劑和其他能源的消耗情況與能源利用效率，評估膜法污水處理技術在低碳和節能方面的潛力。③適用性和成本效益：膜法污水處理技術落地實施的關鍵在于能否適用于不同場景，例如在市政污水處理、工業污水處理等。評估不同場景下膜法污水處理技術的成本、處理規模、膜基材料選擇等。④碳足跡：通過對膜法污水處理技術的生命周期進行評估，綜合考慮污染源、污水處理及污水處理產生的廢棄物等多環節對碳排放量的影響，分析減碳潛力，確立其在未來推動綠色低碳經濟發展中的具體作用和發展方向。

(2)膜材料技術革新

目前，膜法污水處理技術的應用和推廣，還存在著膜工藝水平不足的情況，例如對膜的材質、結構和特性等方面的全面理解與應用，對于膜技術的理論研究、產品開發和應用推廣更應投入更多目光。發展綠色低碳的膜材料技術，研發新型高效的、具有自清潔、防污染、低能耗、高通量等特點的過濾膜材料。探索生物膜、有機膜、無機膜等不同膜材料和膜結構，以提高膜法污水處理技術的處理效率和能源利用效率。加速革新膜法資源化能源化技術可以加強過濾膜材料和結構研發，研究不同領域、不同功能的過濾膜材料，提高膜分離技術的效率和可靠性。同時需要結合新技術和新領域的發展趨勢，進行膜法技術領域的創新嘗試，探索新的途徑和手段，以實現更高效、更環保的資源化、能源化。

(3)污水再生循環利用

通過污水再生循環利用，可以實現節約水資源的目的，將處理后的水資源用于農業、非引用、冷卻等多種領域實現水資源多元化利用的同時，還可以減少淡水資源使用量，降低開采、輸送淡水資源的成本。因此，做好膜法處理技術中所產再生水的循環利用，利用膜法污水處理技術將水質提高至污水排放標準。此外，通過加氯消毒等后續處理，保障水質安全。最后，還需要加強對再生水利用應用領域的探索和實踐，發揮再生水應用效益，推動再生水循環利用向更廣泛、更深入的應用領域拓展，從根本上提高膜材料的資源利用效率和可持續性。

(4)高標準與低碳之間的平衡

當“碳中和”的綠色低碳目標和過濾效率、污水處理能力“高標準”之間發生沖突時，需要統籌規劃與資源合理利用：結合實際情況，采用可再生能源、優化制作膜材料等措施，在保持高標準和達到碳中和目標的前提下，統籌規劃和資源合理利用。在污水處理技術上進行技術創新和發展，提高污水處理效率的同時盡可能的減少碳排放，實現能源節約和綠色發展目標。與此同時，需要強化環保管理意識，加強對污水處理企業、工廠的監察和指導。加強多方溝通協調，通過政府、企業、社會組織等多方合作，采取市場化手段和政策引導，支持和鼓勵發展生態經濟，鼓勵合理的節能減排、循環利用，共同推動環保和碳中和的平穩。建立和完善環保政策和標準，推廣和引導膜法污水處理技術的應用和發展。加大科技和技術創新投入力度，鼓勵企業開展相關科研與技術開發，促進技術革新，加強污水處理技術優化和創新。持續推進膜法污水處理技術節能降耗需要進行材料技術的創新研發、運營管理的完善、優化運行模式的實施和政策支持的引導與促進，以建立完善的體系和機制，推動技術不斷進步，真正實現節能降耗的目標，為社會經濟發展和環境保護做出積極貢獻。

(5)智能化管理

隨著工業化、城市化進程的加速發展，傳統的管理模式和手段往往無法適用膜法污水處理技術的高效、精準的運行需求。近年來，互聯網的發展和數據采集技術的不斷進步，云計算技術得到了廣泛的應用，機器學習、自然語言處理智能技術也得到迅速的發展，這些方面的發展為工程技術、學術研究提供了更加強大的技術支持，可以滿足更加復雜、多樣化和準確的應用需求。通過大數據、云計算、人工智能、高級算法等信息化、智能化和現代化技術手段，建立膜法污水處理系統的遠程監測，對運行狀態、水質參數和流量等信息、不同方面的數據進行實時監控和管理，并對數據進行實時分析和處理，發現問題及時進行處置，并實時反饋給相關的管理人員，對于檢測出的問題及時處理，避免帶來更嚴重的后果。構建能夠分析和預測數據的云服務平臺，實現信息集成、共享和處理，優化污水管理設備的運行流程，提高污水的處理效率和品質，推進膜法污水處理系統精細化、數字化、智慧化運維，從而提高系統的運行效率和技術水平。

4.膜法污水處理技術低碳化目標思考

綜上所述，膜法污水處理技術對于環境保護和“雙碳”背景下綠色低碳化發展具有重大意義和作用，膜法污水處理技術在綠色低碳化要求下，未來的發展方向可通過技術創新和改進開發更加高效、低能耗的膜法污水處理技術，從技術上減少電能和其他能源的消耗；開發更加環保、節能、低碳的膜材料；將膜法污水處理技術與其他污水處理技術相結合，提高污水處理效率，降低污水處理成本、將廢水轉化為可再生資源及融入智能化管理等。通過多種途徑實現膜法污水處理技術的綠色低碳化目標，不僅能夠保障水資源的可持續利用，還能夠降低污水處理對環境的影響，為實現經濟、社會和環境的協調發展提供重要支撐和動力。

5.結語

在污水處理領域綠色低碳發展的要求下，膜法污水處理技術作為一項重要技術需要建立智慧化與數字化管理平臺系統，評估膜法污水處理過程中的碳排放與能源消耗量，同時不斷強化膜法污水處理技術的創新，充分利用再生水減污降碳，實現利用膜法污水處理技術的技術優勢，推動污水處理領域的綠色低碳化發展。