“双碳”目标下低压膜水处理技术的发展

“双碳”目标下低压膜水处理技术的发展

郑伟青齐建华李谦

中国核电工程有限公司河北分公司    河北省石家庄市   050000

摘要：“十四五”时期是实现“碳达峰、碳中和”的污染防治攻坚目标的关键期，秉承着绿色低碳的发展理念，通过产业革新、技术升级等优化污水处理工艺，回收有机物能量补充碳源等方式，是从根本上解决水处理行业绿色低碳发展问题的有效措施之一，从而实现能量自给和碳中和。这就要求必须因地制宜的研发适合中国国情的污水处理工艺，研究者也需要积极探索新的污水处理模式。低压膜技术，因其具有工艺流程简单、操作压力低、能量消耗小、处理水量大等优势，在污水处理和资源化利用领域具有潜在的应用价值，受到研究者的广泛关注。基于此，本文主要就“双碳”目标下低压膜水处理技术的发展进行了分析。

关键词：“双碳”目标；低压膜；水处理

引言

传统水污染治理的本质是以能耗换水质，处理过程中消耗大量的能源和物料，同时对生态环境造成严重的负面影响。低压膜水处理技术在饮用水处理、生活污水处理、海水淡化等诸多领域备受关注，与传统水处理工艺相比，可以减少有机物分解或直接氧化产生的甲烷、二氧化碳等温室气体，对加快水处理行业实现“双碳”目标具有重要意义。

1“双碳”目标下低压膜水处理技术

1.1超滤膜技术

超滤膜技术主要用于净化、筛选、处理各种表面化学物质，在环保工程水处理厂中，该技术逐渐取代了传统水过滤技术，极大地提高了水处理厂的出水水质。在超滤膜技术运用过程中，可以通过从高质量的水源获取水原料的方式来保证超滤后的水质，实际上部分自来水处理厂的原水浊度相对较低但藻类丰富，当厂区可用建筑面积相对较小时，可以利用超滤膜技术净化原水，这种方式能节约净水所需设备的使用面积，进一步优化环保工程水处理厂的净化流程。首先，超滤膜技术本身具有较强的稳定性，在高温环境下无需用到太多化学传感器。其次，该技术可以通过观察水中不同的微生物来判断水质的安全性。再次，超滤膜技术可以显著提升水质优化效果，且无需添加混凝剂等物质，进行水资源处理时还能净化水面上的悬浮物，在整体提高水处理净化效率的同时大幅降低水资源浊度。最后，超滤膜技术在水处理运行效率的提高上发挥了至关重要的作用，而且该技术所需投入的总成本远低于其他技术，因此其在技术创新与研发方面也具有明显优势。近年来，我国愈发重视家用净水系统的推广与普及，而超滤膜技术的广泛应用并不需要庞大的改造费用，不过，该技术必须在原有的水资源净化系统中使用，方能充分发挥其在水处理方面方便快捷的优势。

1.2纳滤膜

纳滤是一种介于超滤与反渗透之间的压力驱动膜分离技术，纳滤膜孔径约为0.7～1.5nm，截留分子量一般为100～5000Da。较超滤技术而言，纳滤对小分子有机污染物的截留率更高，且由于道南效应，可实现不同价态离子的选择性分离。与反渗透相比，纳滤膜的膜通量较大，操作压力较低，有利于节省能耗。因此，纳滤技术在废水处理领域具有广阔的应用前景。在进行化学清洗时，要应根据污染类型和膜材料选择合适的清洗剂，还应考虑清洗剂浓度、温度、pH值、压力、流速、清洗时间等运行参数，以达到最佳的污染物去除效果。

1.3正渗透膜

正渗透膜技术是利用原料液与汲取液之间的渗透压差（，不需要外加压力便能实现对原料液的选择性分离。引入了正渗透膜技术处理脱硫废水不仅增加了脱硫盐水的浓缩效率，极大地降低了运行过程中的药耗和电耗。使用甜菜碱盐酸盐作为汲取液处理电镀废水使正渗透工艺具有高水回收率、低污染率和低能耗。将正渗透膜与其他工艺相结合能够有效的提高水处理效率、降低集成系统的能耗。

1.4吸附-低压膜组合工艺

吸附预处理工艺是基于比表面积大且疏松多孔吸附剂吸附进水中难截留的污染物，从而减少其在膜表面或膜孔内的堆积，缓解膜污染。活性炭材料是当下主流的吸附材料，为了管理处于交通和电力资源相对稀缺的沙漠或农村地区的高度分散的页岩气废水，将颗粒活性炭（GAC）与膜过滤和太阳能曝气相结合，具有改善出水水质，提高膜的渗透通量的效果，且GAC可通过热再生过程在水处理中重复使用。活性炭的投加虽然能够有效的改善水质，缓解膜污染，但要控制好吸附剂的投加量。

2低压膜清洗

膜清洗是缓解膜污染的有效方法之一，同时能够恢复膜通量、延长膜的使用寿命等。常用的膜清洗方法主要有物理清洗和化学清洗。

2.1物理清洗

物理清洗是膜清洗的基本方式之一，主要去除低压膜表面或膜孔内的可逆污染，是一种简单有效的清洗方式。对被污染超滤膜的进行正冲洗、反冲洗以及正冲洗与反冲洗结合之后的膜通量恢复效果，相对于传统的单独使用正冲洗或反冲洗的物理清洗技术而言，正冲洗与反冲洗结合的效果更好。新的超声波清洗模式是在传统超声波清洗的技术上考虑功、强度和温度的新模型，利用超声空化理论揭示了清洗机理，但定期的物理清洗（空气冲刷）并不能有效的去除膜孔内的有机污染。那么如何保证物理清洗对可逆污染的效率、降低能耗，是当前需要思考的问题。

2.2化学清洗

化学清洗法作为去除膜不可逆污染的主要方法，主要利用化学药剂与膜表面的污染物进行反应，从而去除膜表面污染物的。使用强酸、强碱等的化学清洗过程，对操作人员和环境具有潜在危害，长时间的使用也会损坏膜。NaCl预清洗可去除聚醚砜膜上的脂质污染，使用H2SO4、NaOH和NaClO对纳滤膜进行化学辅助清洗，可使纳滤膜具有更高的渗透性，更强的稳定性和防污性能。使用非常规清洗技术—芬顿清洗技术，对多孔石墨氮化碳膜进行清洗，保持稳定的渗透性和优异的清洁能力。

3“双碳”目标下低压膜水处理技术的发展

在“双碳”目标的引领下，探索水处理行业低能高效的绿色低碳创新技术迫在眉睫。低压膜处理技术作为实现污废水零排放的有效方法之一，能够减少污水处理过程中产生的直接碳排放和间接碳排放，且能够达到高出水水质要求。在利用低压膜工艺进行污水处理的过程中，应以节能降耗、污水资源化处理与可持续利用为主要目标，不断探索和完善低碳化的方式方法，努力逼近碳中和的目标。1）在低压膜制备方面，应针对不同的处理目的和污废水特性，制备低成本、耐污染的低压膜，发现并使用绿色材料对低压膜进行改性以提高膜的性能。2）充分利用低压膜的分离性能，对污水进行纯化以及污水中的资源或能源浓缩分离，使其能够循环再用。3）根据污染程度、污染类型及污染物特性，在膜组合工艺及清洗方式等方面积极研发探索新工艺和环境友好型药剂，减少此工艺流程中的碳排放。

结束语

“双碳”目标下，在环保工程水处理过程中应用低压膜水处理技术具有重要的现实意义，各行业在新时代发展形势下应不断优化与完善低压膜水处理技术的应用体系，依托于先进的技术手段提高环保工程项目获得的经济效益和社会效益。通过不断加大低压膜水处理技术在水体净化处理中的应用程度，充分利用低压膜水处理技术提高水体污染的净化处理效果，可以有效缓解水资源短缺对我国居民正常生产生活造成的不利影响。

参考文献：

[1]李金钊,贾辉,王捷.低压膜在水处理领域应用研究进展[J].环境与可持续发展,2018,43(02):159-160.

[2]杜星.低压膜法水处理中表面流体剪切力对混合颗粒污染的影响[D].哈尔滨工业大学,2017.

[3]黄海鸥,杨禹.纳米材料与低压膜技术的耦合及其在饮用水处理中的应用[J].北京师范大学学报(自然科学版),2016,52(06):823-828.

[4]马聪,于水利,时文歆等.低压膜净水过程中的膜污染控制[J].净水技术,2011,30(05):142-146.

[5]王世昌,丁涛,王志等.膜技术在生态环境治理中的应用[J].膜科学与技术,2006,(03):1-6.