节水与反渗透膜的应用

节水与反渗透膜的应用缺水一直是困扰天津地区经济快速发展的因素之一，自1997年以来华北地区连续四年的干旱少雨，使滦河水系蓄水量逐年降低，这无疑给本以步履艰难的振兴天津之路雪上加霜。缺水是自然环境的客观存在，节水不仅是当前的紧迫任务，也是一项长期的用水措施。为缓解用水紧张的现况，除大力研制和使用节水器具，限制低产出用水大户的发展以外，还应重视城市污水再生回用，沿海地区苦咸水经深度处理后分质使用等水源的开发和研究工作。笔者认为后者应视为节水的根本措施，也是本地区今后发展，保障用水的必由之路。一京津地区、天津开发区水资源分布及其特点要说天津开发区水资源必然延伸到京津地区，乃至华北地区水资源分布及其特点。华北地区是我国，也是世界上人口嘬稠密的地区之一，而淡水资源十分有限，远远低于世界人均占有水量的平均水平。进入八十年代以来，本地区和上游地区经济和社会的发展，天津已经成为严重缺水的城市。天津水资源的组成及其可利用特点：1.自然降雨天津市年降雨量400—600mm，但降雨的时空分布很不均匀。降雨主要集中在6—8月份，占全年75%以上，其中7、8月份占60%以上。汛期降雨集中造成一方面一年中很多月份干旱缺水，另一方面有时汛期暴雨成灾，也造成灾害。集中降雨也很难贮存：①降水集中需要大量的容积贮存降雨水量；②对于人口高度密集的城市地区，初期雨水水质恶劣，无贮存价值；③地价昂贵，没有足够的池、塘、沟、滇贮存淡水资源；④土质恶劣防渗性能差，建地下贮水池造价昂贵。本地区如考虑自然降水的贮存与利用，必然结合包括本地区降雨特点及地质条件的综合情况进行经济技术可行性研究。2.地下水资源天津市中南部地区深层地下水为淡水资源，由于超量开采，已经引发出一系列水文工程地质方面的问题，已无进一步开发潜力。但该地区浅层地下水属苦咸水和微咸水（2—5g/L）。有关部门认为，微咸水经系统研究和试验在工农业生产中应用具有一定的开发潜力。3.境外来水天津市、天津开发区用水主要依靠（也可以说完全依靠）境外来水。目前天津市引滦入津水资源缺乏已成事实，自1997年以来由于黄河断流日数增多，引黄济津已经无实际意义。据媒体报道，我国明年将实施东线引江工程，由长江下游取水进黄河再北上解决京津地区用水。值得强调的是，据可借鉴资料，1982年在中央政府直接指挥下，成功的实现了引黄济津工程。从黄河山东段引水，共引水8.41亿吨，引水成本很高。自1982年以来，我国由计划经济基本转入市场经济，人工费用、建筑费用、能源价格都有大幅度调整。预计引江入津几千公里长距离办水工程，供水成本预计达到每吨十几元。4.天津开发区污水处理厂及污水系统天津开发区已经建成日处理能力10万吨的污水处理厂，目前已经投入稳定运行。经处理后出水水质COD≤120mg/L、BOD≤20mg/L、SS≤20mg/L，外观清澈透明，达到设计标准。目前已经用于喷洒道路、防尘降温、市政用水等低水质用水，取得一定成效。由于天津开发区地处渤海之滨，在原来盐碱滩填土垫地开发建设而成。地质条件很差，地下水位很高，地下苦咸水的渗入使城市污水中含盐量很高，又由于采用二级生物处理，不具备去除盐分的功能。一般旱季3000mg/L，雨季大雨后达到8000mg/L。但是它来源稳定，如果转变观念依靠高新技术，利用开发区现有条件和成熟成果与技术进行污水深度处理的工程性试验研究，实施污水回用工程，用于解决和缓解天津开发区用水紧张的局面。二依靠高新技术做好污水深度处理水中含盐量高是限制开发区污水处理厂出水进一步开发利用的重点和关键。水的脱益处理，一般人们认为成本较高，以前应用的并不普遍。二十世纪七十年代以来，很多沿海国家由于淡水资源缺乏日趋严重，都直接卷入了海水淡化发展的潮流。反过来有效开展海水淡化技术，成功的解决水资源短缺，促进了本地区经济进一步飞速发展。如中东、地中海地区和某些西方国家。脱盐水处理的方法很多，但达到商品化和工业生产规模仅限于几种方法：低温蒸馏、多级闪蒸、压汽蒸馏、离子交换和反渗透方法，其它方法实际应用较少。实际工程的一般结论：蒸馏方法主要适用于以海水为原水的热力发电厂，它所使用的是发电厂低位余热，即初级能源，计算价格大大低于商品化价格。而在其它领域包括很多发电厂最广泛使用是反渗透脱盐水处理方法与工艺。反渗透工艺能够在脱盐水处理中得到广泛的应用。不论从经济上或技术上比较与分析，反渗透工艺可以用于高盐度水脱盐，也适用于低盐度脱盐，而其它工艺仅适用于其中一种情况。主要由于最近20年反渗透工艺的研究取得了重大的进展和显著的成果。主要研究方向集中在：1.对预处理工艺的深入认识与研究从改进预处理工艺着手，使反渗透膜的使用寿命大大增长。2.制膜技术的改进，新型膜允许操作压力降低，出现了低压反渗透膜。3.研制开发了能量回收系统，使反渗透能源消耗大幅度降低。4.再加之反渗透工艺固有的优点，适用范围广泛，不仅适用于高盐度进水，也适用于低盐度进水。而其它方法只适用于其中的一种情况。由于以上原因，反渗透工艺在经济、技术上的竞争力不断增强，不仅在高浓度海水淡化，苦咸水淡化领域广泛应用，在低盐度脱盐水处理过去一直是离子交换法一统天下，目前已经呈现出日益被反渗透法所取代的局面。也有人预言，随着膜技术的进一步发展，环境污染的加剧，不远的将来它将在城水给水系统中（自来水厂）普遍应用，它将是水处理工艺的一次革命。短短几年时间这种预言被越来越多的人所接受。以上所述，仅试图说明依靠科学进步高新技术，开发区污水处理厂出水脱盐处理技术上是可行的。正如我区召开中水回用技术论证会上，有关专家指出的那样，反渗透技术是一项高新技术，也是成熟技术，可行性是不容怀疑的。三市场价格与政府行为相结合制定合理的政策，推动开发新水源工作顺利开展1.政府政策支持反渗透技术的迅速发展证实其技术的可靠性，但是其投资与运行成本高于传统水处理工艺和方法。随着世界性淡水资源的普遍缺乏，水被认为“取之不尽，用之不绝”的时代已经成为历史，世界各国普遍增设：①增加输水费用。②增收水资源费。③提高处理成本，使自来水价格普遍大幅度提高。众所周知，我国受计划经济的长期影响，水的价格与价值严重背离。近几年水价虽然调整，但是征收水资源费价格偏低远远低于水的实际价值和市场需求，自来水价实行补贴的局面没有改变，甚至随着淡水资源更为缺乏，这种局面反而加剧。明年我国即将实施引江东线工程，已如前文所说，1982年天津市实施引黄工程输水成本很高，明年的引江工程输水成本决不会低于每立方米水十几元！如果政策支撑把输水成本、建设投资、水资源费用于污水资源的开展与利用，采用反渗透工艺技术，经济上是完全可行的。2.市场价格调节反渗透工艺处理过的水是一种高质量的供水。它去除盐的同时去除了几乎所有的细菌、病毒、重金属和有机污染物等。再简单说，目前市场销售的纯净水最理想、最合适的工艺就是采用反渗透工艺，势力发电厂高压发电机组、高压锅炉供水水质水量要求十分苛刻，采用反渗透完全可以达到用水标准。污水处理厂出水如采用反渗透工艺，出水水质完全相同，理论上说水质超过目前合格自来水水质的二个或三个等级，但是考虑人们的思想认识上可接受程度和许多一时还很难说清的原因，建议这种处理不要考虑直接供人们饮用或用作生活用水。相反这种水质用于工业用水，从理论上到实践上，从技术上到经济上都是一种用途广泛的高级用水。它可以用于发电厂高压锅炉高级用水、热电厂、化工工业、机械加工、汽车工业、生物工程、精密仪器等诸多行业的高级纯水，甚至稍微加工即可制成无离子水满足半导体工业、微电子工业、航天高科技领域等目前所认识到最高级用水。如果在天津开发区规划建设高新技术产业园区，建设高级用水工业园区，向园区直接供应反渗透出水，预计可以达到极大的利益：①用水厂家大幅度简化常规的自身需要设置的制纯水设备，社会化、规模化生产可大幅度降低成本，提高经济效益。②污水处理厂中水回用厂（反渗透除盐水厂）稳定运行得到用户支撑，经济上得到保障进入良性循环运行阶段。如果在天津开发区能够实现工业高纯水制备供应大生产化、社会化、市场化，不仅可以缓解开发淡水资源紧张局面，也大大改善天津开发区投资环境，吸引更多外商来区投资办厂。③如果工业高纯水最低售价3——5元/m3。这种价格远远低于国外一般国家和城市自来水价格，一般说外商可以接受。按这种价格估算，不仅足以满足中水制水成本，还收到巨大的利润效益，污水处理厂中水回用即可得到用户的支撑，经济上的保障，真正进入稳定运行良性循环的阶段。