膜法污水处理技术的绿色低碳化发展思考

＊许智程

（江苏新宇天成环保有限公司 江苏 214000）

多年以来我们一直在以牺牲环境为代价来追求经济发展，随着全球经济的快速增长和工业化进程的加速，随之而来的是严重的污染和气候变化等环境问题，这给全球可持续发展带来了严重的威胁。多国密集发布促进氢能、储能、地热等新兴产业发展的配套政策，推进加速弃煤，削减化石燃料补贴脱碳进程，加速化石燃料退出。绿色低碳化发展是实现可持续发展的必要条件，一方面可以在经济高速发展的同时减少对环境的破坏，降低能源的消耗；另一方面可以提高我国企业的国际竞争力，促进能源行业智慧转型、升级、创新。我国在《2030年前碳达峰行动方案》中指出，要大力发展新能源，全面推进风电、太阳能发电大规模开发和高质量发展。

在此背景下对污水处理行业也提出了新的发展要求，即在提高污水处理效率的前提下，尽可能地减少能源消耗和二氧化碳等有害物质的排放。膜法污水处理技术作为一种新型高效的污水净化技术，具有节能高效、直接再利用等诸多优势，可满足绿色低碳化的发展需求。然而，膜法污水处理技术在降低碳排放方面仍有不足和挑战。本文从膜法污水处理技术的系统评估、膜材料的技术革新、污水再生循环利用、高标准与低碳之间的平衡、智能化管理等多方面对膜法污水处理技术所存在的不足进行了论述，以期为膜法污水处理技术的发展提供一些支持。

1.绿色低碳化背景与发展要求

随着环境问题的日益严重和气候变化的威胁加剧，全球范围内正在推动绿色低碳化发展。所谓绿色低碳化发展是指在保障可持续发展的前提下，消耗尽可能少的资源和能源的发展方式。其中，“绿色”指的是环境友好型，可以降低对生态环境的影响，“低碳”指的是低碳排放，可以降低对气候造成的影响。水污染处理技术的发展也必须符合这一趋势，在此背景下，膜法污水处理技术成为一种符合绿色低碳发展要求的前沿技术。膜法污水处理技术具有清洁、高效、节能等特点，可以有效地去除水污染物，减少对水资源和环境的影响，符合低碳排放的要求。然而，在绿色低碳发展要求的指导下，应进一步推广和应用膜法污水处理技术，以替代传统高耗能、高污染的污水处理方法，降低对环境和能源的压力。同时，需要加强膜法污水处理技术的研发和创新，提高其效率和稳定性，使其能够适应各种复杂的水污染情况。在推动膜法污水处理技术应用的过程中，也应注重循环经济的理念，实现废水的资源化和无害化处理。总之，推广膜法污水处理技术与其它绿色低碳化技术结合，实现水污染治理和绿色低碳化发展两者的协同，将有助于保护水环境和人类健康，推动绿色低碳发展的实现。

2.膜法污水处理技术概述

膜法污水处理技术是一种利用高效过滤膜的物理分离污水的方法，其原理是通过微孔或超滤膜等过滤介质，将水中的悬浮物、菌类、病毒、有机物等污染物分离出来，从而实现净化污水提高水资源利用率、解决水资源短缺和水污染问题等目的[1,2]。膜法污水处理技术具有占地面积小、工艺简单、操作方便、效率高、水质好、回用率高等优点，可有效去除微小颗粒、有机物和溶解性盐类，被广泛的应用于市政污水处理、工业废水处理、农村污水处理、海水淡化等领域[3-5]。但膜法污水处理在清洗膜过程中需要耗费大量的电力，需要进行过滤、生化和沉淀等预处理操作，同时由于膜孔径较小易被污染物堵塞需要定期更换，因此膜法污水处理技术也存在运行成本高、污染物堆积、膜易损坏、预处理要求高等缺点。

目前，膜法污水处理技术以高效率、低能耗、低成本的研究目标，主要集中在膜材料改进、污水处理技术集成与优化、新型反渗透技术等方面。

膜材料是膜法污水处理技术的核心，在膜材料改进方面，陶瓷膜在酸碱性、高温高压等恶劣条件下具有极强的机械强度和化学稳定性，常见的陶瓷膜材料有二氧化硅、氧化铝、碳化硅等；纳米复合膜材料由多种纳米材料和聚合物组成，具有高通量、高选择性、高稳定性等特点。Xu等[6]使用均苯三甲醛（Tb）和联苯胺与PVDF混合制得具有高含氮量的COF-TbBd/PVDF亲水性超滤膜,利用减小的孔道对水中的Pb2+进行截留，去除率可达到92.4%。开发出生物可降解材料和改性膜材料等更耐用、过滤效率更高、抗污染性更强和使用寿命更长的高性能过滤膜也是学者的研究重点。

在污水处理工艺集成与优化方面，Wang等[7]研究了在一个大型临建设施中应用一体化生物-MBR膜法进行污水处理的可行性和处理效果，研究结果表明该技术能有效地去除污水中的总氮、总磷和化学需氧量（COD），同时具有处理效率高、占地面积小、操作稳定等优点。将膜法污水处理技术与生物处理、化学氧化等其他污水处理技术相结合，即可以降低污水处理成本也可以提高污水处理效率，例如采用MBR（膜生物反应器）和MOR（膜氧化反应器）等整合技术。

在新型反渗透技术方面，压力缓解技术是一种利用减少反渗透膜过滤时的压力差来缓解过滤膜污染的技术，通过周期性地降低过滤膜的进水压力清洗过滤膜表面残留的污染物，从而减少过滤膜的堵塞和损伤；电动势驱动技术利用电动势驱动膜分离，在该项技术中通过电极与膜材料的接触，使膜表面形成了一个电场，当被处理的水通过膜时，离子会被电场吸引或排斥，从而提高了过滤膜的渗透通量；反渗透技术的应用可以显著提高膜法污水处理的水质净化效果和稳定性。

3.膜法污水处理技术的不足与挑战

(1)膜法污水处理降碳缺乏系统评估

目前在膜法污水处理行业存在着一些评价标准不统一的客观情况，缺乏对减排降碳能力的系统性评估标准，这也给企业和监管部门的监管和管理带来了挑战。目前，评估膜法污水处理技术的减污降碳能力主要集中在以下几点：①污染物去除率：膜法污水处理技术评估的重要指标之一就是能够有效地降低有害物质的排放浓度，通过对COD、NH3-N、TP、TN等指标的测定评估膜法污水处理技术对污染物的去除率。②能源消耗量：膜法污水处理技术中由于膜材料的特殊性对能源的需求较高，评估膜法污水处理技术中电能、化学药剂和其他能源的消耗情况与能源利用效率，评估膜法污水处理技术在低碳和节能方面的潜力。③适用性和成本效益：膜法污水处理技术落地实施的关键在于能否适用于不同场景，例如在市政污水处理、工业污水处理等。评估不同场景下膜法污水处理技术的成本、处理规模、膜基材料选择等。④碳足迹：通过对膜法污水处理技术的生命周期进行评估，综合考虑污染源、污水处理及污水处理产生的废弃物等多环节对碳排放量的影响，分析减碳潜力，确立其在未来推动绿色低碳经济发展中的具体作用和发展方向。

(2)膜材料技术革新

目前，膜法污水处理技术的应用和推广，还存在着膜工艺水平不足的情况，例如对膜的材质、结构和特性等方面的全面理解与应用，对于膜技术的理论研究、产品开发和应用推广更应投入更多目光。发展绿色低碳的膜材料技术，研发新型高效的、具有自清洁、防污染、低能耗、高通量等特点的过滤膜材料。探索生物膜、有机膜、无机膜等不同膜材料和膜结构，以提高膜法污水处理技术的处理效率和能源利用效率。加速革新膜法资源化能源化技术可以加强过滤膜材料和结构研发，研究不同领域、不同功能的过滤膜材料，提高膜分离技术的效率和可靠性。同时需要结合新技术和新领域的发展趋势，进行膜法技术领域的创新尝试，探索新的途径和手段，以实现更高效、更环保的资源化、能源化。

(3)污水再生循环利用

通过污水再生循环利用，可以实现节约水资源的目的，将处理后的水资源用于农业、非引用、冷却等多种领域实现水资源多元化利用的同时，还可以减少淡水资源使用量，降低开采、输送淡水资源的成本。因此，做好膜法处理技术中所产再生水的循环利用，利用膜法污水处理技术将水质提高至污水排放标准。此外，通过加氯消毒等后续处理，保障水质安全。最后，还需要加强对再生水利用应用领域的探索和实践，发挥再生水应用效益，推动再生水循环利用向更广泛、更深入的应用领域拓展，从根本上提高膜材料的资源利用效率和可持续性。

(4)高标准与低碳之间的平衡

当“碳中和”的绿色低碳目标和过滤效率、污水处理能力“高标准”之间发生冲突时，需要统筹规划与资源合理利用：结合实际情况，采用可再生能源、优化制作膜材料等措施，在保持高标准和达到碳中和目标的前提下，统筹规划和资源合理利用。在污水处理技术上进行技术创新和发展，提高污水处理效率的同时尽可能的减少碳排放，实现能源节约和绿色发展目标。与此同时，需要强化环保管理意识，加强对污水处理企业、工厂的监察和指导。加强多方沟通协调，通过政府、企业、社会组织等多方合作，采取市场化手段和政策引导，支持和鼓励发展生态经济，鼓励合理的节能减排、循环利用，共同推动环保和碳中和的平稳。建立和完善环保政策和标准，推广和引导膜法污水处理技术的应用和发展。加大科技和技术创新投入力度，鼓励企业开展相关科研与技术开发，促进技术革新，加强污水处理技术优化和创新。持续推进膜法污水处理技术节能降耗需要进行材料技术的创新研发、运营管理的完善、优化运行模式的实施和政策支持的引导与促进，以建立完善的体系和机制，推动技术不断进步，真正实现节能降耗的目标，为社会经济发展和环境保护做出积极贡献。

(5)智能化管理

随着工业化、城市化进程的加速发展，传统的管理模式和手段往往无法适用膜法污水处理技术的高效、精准的运行需求。近年来，互联网的发展和数据采集技术的不断进步，云计算技术得到了广泛的应用，机器学习、自然语言处理智能技术也得到迅速的发展，这些方面的发展为工程技术、学术研究提供了更加强大的技术支持，可以满足更加复杂、多样化和准确的应用需求。通过大数据、云计算、人工智能、高级算法等信息化、智能化和现代化技术手段，建立膜法污水处理系统的远程监测，对运行状态、水质参数和流量等信息、不同方面的数据进行实时监控和管理，并对数据进行实时分析和处理，发现问题及时进行处置，并实时反馈给相关的管理人员，对于检测出的问题及时处理，避免带来更严重的后果。构建能够分析和预测数据的云服务平台，实现信息集成、共享和处理，优化污水管理设备的运行流程，提高污水的处理效率和品质，推进膜法污水处理系统精细化、数字化、智慧化运维，从而提高系统的运行效率和技术水平。

4.膜法污水处理技术低碳化目标思考

综上所述，膜法污水处理技术对于环境保护和“双碳”背景下绿色低碳化发展具有重大意义和作用，膜法污水处理技术在绿色低碳化要求下，未来的发展方向可通过技术创新和改进开发更加高效、低能耗的膜法污水处理技术，从技术上减少电能和其他能源的消耗；开发更加环保、节能、低碳的膜材料；将膜法污水处理技术与其他污水处理技术相结合，提高污水处理效率，降低污水处理成本、将废水转化为可再生资源及融入智能化管理等。通过多种途径实现膜法污水处理技术的绿色低碳化目标，不仅能够保障水资源的可持续利用，还能够降低污水处理对环境的影响，为实现经济、社会和环境的协调发展提供重要支撑和动力。

5.结语

在污水处理领域绿色低碳发展的要求下，膜法污水处理技术作为一项重要技术需要建立智慧化与数字化管理平台系统，评估膜法污水处理过程中的碳排放与能源消耗量，同时不断强化膜法污水处理技术的创新，充分利用再生水减污降碳，实现利用膜法污水处理技术的技术优势，推动污水处理领域的绿色低碳化发展。