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在碳達峰、碳中和納進生態文明建設整體布局的佈景下，污水處理與資源化技術必將朝著“綠色低碳化”的標的目的邁進，為膜法污水處理技術的發展帶來了嚴峻挑戰，也為技術的更換新的資料迭代帶來了主要機遇。在綠色低碳請求下實現膜法污水處理的理論與技術創新，對于支撐雙碳佈景下膜法污水處理技術的可持續發展具有主要意義，是膜技術領域亟需衝破的關鍵科技問題。綜述了膜法污水處理技術的應用與發展動態，探討了膜法污水處理技術統籌“高標準”需求與“碳中和”導向的發展思緒，圍繞系統評估、節能降耗、資源動力收受接管、再生水應用、膜資料再生和數字化轉型對膜法污水處理技術的重點攻關標的目的進行了研判與瞻望，以推動膜法污水處理技術朝著綠色低碳化不斷改革與迭代升級。
1 膜法污水處理技術應用與發展動態
近年來，在環境效能質量晉陞需求驅動下，膜法污水處理技術發展敏捷，工程應用規模疾速增添。在新型膜資料研制、前沿膜技術研討和高效低耗膜工藝開發及應用等方面獲得了長足進步。以下將從技術應用、技術能效、資料機能等三個方面概述膜法污水處理技術的應用與發展動態。
1.1 膜法污水處理技術應用
近年來，膜法污水處理技術在市政污水和工業廢水處理我嗎」「包養軟體我六點下班」領域獲得廣泛應用。在市政污水包養處理與資源化領域，膜生物反應器（MBR）應用最為廣泛。截至2021年，我國已有超過500座MBR市政污水處理工程（僅統計處理規模> 1萬m³/d），總處理規模超1 600萬m³/d。在工業廢水處理與循環應用方面，膜法處理技術在石油化工、煤化工、鋼鐵、生物醫藥、微電子等廢水處理中均有應用。MBR在石油化工和綜合產業園區廢水處理中應用比例達58%~75%。截至2021年，我國有300余座年夜型工業廢水MBR處理工程（70%擺佈的工程處理才能達1萬~5萬m³/d）。為進一個步驟實現淨化物深度削減，MBR可與高壓膜技術聯用。雙膜法處理技術［如微濾（MF）/超濾（UF）+納濾（NF）/反滲透（RO）］是工業廢水處理與循環應用的常用組合工藝。我國煤化工和鋼鐵等工業廢水處理中，雙膜法應用比例達72%~90%。以NF/RO為焦點的膜法分鹽濃縮技術，在電力、煤化工、鋼鐵等工業廢水零排放建設中發揮了主要感化。電滲析（ED）等電驅動的膜法水處理技術，可用于重金屬離子分離、酸/堿收受接管和含鹽廢水淡化等，在冶金、采礦、脫硫等廢水處理中的應用日漸增多。
1.2 膜法污水處理技術效能
隨著技術不斷迭代，膜法污水處理技術能耗不斷降落（見圖1）。市政污水中MBR能耗普通在0.3~0.9 kW·h/m³，在年夜型MBR處理工程（處理量年夜于5萬m³/d）中能耗為0.3~0.5 kW·h/m³，接近傳統生物處理能耗。工業廢水處理中MBR技術的能耗重要取決于廢水水質，凡是廢水處理難度越年夜能耗越高（普通包養網高于市政污水處理能耗），在0.5~1.5 kW·h/m³。NF和RO處理市政污水的能耗為0.5~2.4 kW·h/m³。參考海水淡化（SWRO）能耗，當處理廢水鹽濃度達75 000 mg/L時，NF產水能耗在2.0 kW·h/m³以上，RO產水能耗在2.6 kW·h/m³以上。ED處理鹽濃度下限為100 000 mg/L，產水能耗根據進水水質分歧而波動較年夜，范圍為3~850 kW·h/m³。未來通過組合工藝優化、資源動力收受接管、膜淨化把持等手腕可以進一個步驟下降膜法污水處理的降耗。
1.3 膜資料機能
膜資料機能對膜系統處理效力和經濟機能至關主要。MF和UF膜資料制備技術相對成熟，以MF和UF膜為焦點的MBR運行通量凡是在15~25 L/(m²·h)，膜應用壽命為5~10年。MF和UF膜前沿領域重要聚焦于膜資料的抗有機淨化改性、抗生物淨化改性及其長期效能晉陞等方面。NF膜在實際運行中通量普通小于20 L/(m²·h·bar)(1 bar=0.1 MPa)，可截留超過95%的二價鹽；RO膜在苦咸水/海水淡化過程中通量為1~8 L/(m²·h·bar)，對一價鹽的截留率達99.7%以上，應用壽命為3~7年。對于NF和RO膜，摸索打破過濾機能-選擇性制衡關系（trade-off）的膜資料是研討前沿，改變多孔支撐層的結構和概況特徵、在界面聚合過程中引進納米顆粒以及通過反應界面原位產熱與納米氣泡產生的精細調控，有助于制備衝破trade-off瓶頸的高機能NF、RO膜（見圖2）。但是，在長期運行中不成恢復淨化慢慢累積，膜通量最終難以達到產水請求，從而不得不報廢并更換新膜。是以，在“雙碳”佈景下，膜資料的評價指標不僅應包括傳統的過濾機能、抗包養淨化機能等，並且應增添碳排放維度的相應指標，從而指導高機能膜資料的低碳研發與可持續應用。
圖2 膜資料機能與衝破水通量和截留率彼此制約關系及其調控
2“高標準”與“碳中和”之間的制衡關系
在碳達峰、碳中和導向下，污水處理與資源化必將向綠色低碳化標的目的邁進。但與此同時，以水環境效能質量保證為導向，在相當長一段時期內依然執行嚴格的污水排放標準。但是，高標準的處理往往是以高能耗、高物耗、高碳排為代價。圖3列舉了分歧排放標準下常見污水處理工藝的碳排放強度。可見，隨著排放標準晉陞碳排放強度顯著降低。相較于采用傳統曝氣池等處理工藝使出水滿足《城鎮污水處理廠淨化物排放標準》（GB 18918—2002）二級排放標準的情況包養網dcard，在采用AAO、氧化溝以及序批式活性污泥法（SBR）等工藝使出水達到GB 18918一級B排放標準后，碳排放強度增添44.1%。為了進一個步驟使出水滿足GB 18918一級A排放標準而增添包養甜心網深度處理環節后，污水處理工藝碳排放強度比GB 18918一級B排放標準進步24.1%。污水處理過程的碳排重要來自于電耗、化學品耗費、淨化物直接碳排等重要碳排放環節，高標準處理必將導致曝氣強度進步、藥耗增添等，污水處理系統的碳排放隨之增添。是以，碳排放與高標準處理的交織，為膜法污水處理技術的可持續發展帶來了嚴峻挑戰。
注：圖中分歧排放標準條件下所列碳排放強度對應分歧處理工藝，滿足GB 18918二級排放標準時采用傳統生物曝氣池工藝；滿足GB 18918一級B排放標準時采用AAO救助站門面狹窄又老舊，裡頭冷冷清清。服務台後面、氧化溝、SBR等工藝；滿足GB 18918一級A排放標準時采用二級處理+深度處理組合工藝，此中深度處理工包養藝包含吸附、過濾、高級氧化等
圖3 分歧排放標準下常見污水處理工藝碳排放變化
針對碳中和與高標準處理之間的牴觸，需求兼顧水環境容量/效能請求和環境綜合效益，考慮技術的物質、能量和資源輸進輸出，權衡處理技術的物耗、能耗和碳排，研發“適宜”的膜法污水處理技術和組合技術。與此同時，需求進一個步驟關注膜法污水處理技術自己的創新與綠色低碳發展。可以從節能降耗、資源動力收受接管、再生水應用和膜資料再生等四個方面開展攻關：
節能降耗，在合適標準請求條件下進行適度處理，通過技術更迭、節能設備的開發與應用，結合工藝優化與精準調控，實現節能降耗和碳排削減；
資源動力收受接管，基于技術耦合構建新型膜組合工藝，通過強化膜的分離與轉化效能，以資源動力收受接管的情勢實現部門碳排抵消；
再生水應用，樹立基于分歧膜技術的分質再生水收受接管應用系統，通過再生水回用進行碳排抵消；
膜資料再生，膜資料的處理處置是膜法污水處理碳排放的主要環節，研發膜資料的可持續再生應用技術，通過膜資料再生抵消部門碳排，可以進一個步驟晉陞膜法污水處理技術的競爭力。
3 膜法污水處理技術的綠色低碳化發展思慮與建議
3.1 綠色低碳化發展的重要標的目的
3.1.1 系統評估膜法污水處理減污降碳潛力
在“雙碳”佈景下，系統研討和評估膜法污水處理系統的碳排放與減污降碳潛力是技術綠色低碳化發展的主要條件。根據膜法污水處理過程中碳排放的來源，碳排放可分為直接碳排與間接碳排（見圖4）。直接碳排重要是指淨化物在膜法污水處理過程中通過生化等反應產生的逸散性溫室氣甜心花園體排放，如CH4（無組織排放）、N2O等；間接碳排是指包含膜資料生產與制造、膜組件清洗與維護、膜法污水處理工藝運行操縱和膜資料報廢與處置等過程產生的碳排放。同時，在膜法污水處理過程中存在碳減排，即通過膜法污水處理技術實現動力/資源的收受接管應用，取代化學品或化石動力進而補償和削減溫室氣體排放。例如，厭氧膜生物反應器（AnMBR）在污水處理過程中產生的甲烷，經熱電聯產等可實現碳減排；收受接管的氮磷等資源可作為肥料應用實現碳減排等。
今朝，關于膜法污水系統的碳排放與減污降碳潛力尚缺少系統研討，需求將膜法污水處理系統的預處理、膜過濾、濃液處理、資源收受接管和膜再生包養網車馬費水回用等單元統籌考慮，在各單元碳排底數摸排和動力強度科學計算的基礎上，系統研討和評估膜法污水處理系統碳排放與碳減排潛力，樹立膜法污水處理系統的全系統、全過程、全性命周期碳排放評價體系。進一個步驟解析膜法污水處理系統建設、運行和維護等基礎碳排活動，對膜法污水處理設施建設、膜資料生產與制造、膜單元運行、膜組件清洗與維護等碳排項目進行分類識別，提醒膜法污水處理系統中物質流、能量流與碳排放的關系，追蹤系統碳足跡并明確各環節碳排指標，構建膜法污水系統碳排放清單。
3.1.2 持續推進膜法污水處理技術包養網車馬費節能降耗
持續推進膜法污水處理技術節能降耗，是膜法污水處理技術綠色低碳化發展的主要著力點。常見膜法污水處理技術的能耗組成如表1所示，重要包含過濾能耗、曝氣能耗（對于MBR）、清洗能耗及其他能耗。同時，包養膜淨化作為膜技術運行過程中伴生問題，導致頻繁清洗、增添過濾能耗、縮短膜壽命，嚴重制約膜技術的經濟機能。膜法污水處理技術節能降耗重要可從三個方面進手：膜淨化機理研討與膜淨化把持、抗淨化膜資料的開發與應用和膜工藝的集成優化。
（1）膜淨化機理研討與膜淨化把持。膜淨化構成過程中，顆粒態淨化物、膠體及消融包養行情態有機物的淨化行為存在差異，由顆粒態淨化物引發的膜淨化與通量、錯流速度直接相關，而膠體及消融態有機物淨化則與通量、錯流速度無直接聯系。對水力逗留時間、曝氣強度、運行通量、清洗周期等參數進行優化，有助于膜淨化把持和膜處理工藝的節能降耗。在MBR處理工藝中（見表2），根據在線膜淨化檢測系統，識別膜淨化的動態變化，針對淨化層厚度以及跨膜壓差的變化，可聯動把持膜曝氣量，使曝氣強度下降22%以上。
（2）抗淨化膜資料的開發與應用。在了了淨化物的界面粘附行為及與膜面官包養能團-淨化物感化機制基礎上，可基于效能資料包養金額共混/接枝改性制備針對膠體及消融態淨化物的抗淨化膜資料。同時，可在膜面或膜基體中負載抗菌劑（如季銨鹽、金屬納米顆粒等），通過抗菌劑的釋放或直接接觸克制微生物在膜面的繁殖。
（3）膜分離工藝的集成優化。膜工藝集包養網成優化是實現膜法污水處理技術節能降耗的主要途徑。針對膜工藝中纖維類雜質污堵、纏繞問題，可開發高精包養網度的雜質分離技術進行預處理。針對分歧膜組件結構和布設條件，公道規劃膜組件的多層布設，可以顯著下降系統能耗。在實際處理工程中增年夜膜組件的布設密度，優化曝氣時間和強度（見表2），可使運行能耗下降40%~75%。
3.1.3 加快改革膜法資源化動力化技術
在“雙碳”佈景下，推進膜技術與其他資源化動她四下張望，沒見到小貓，心想可能是樓上住戶的貓力化技術耦合，是技術綠色低碳化發展的主要標的目的。污水的資源化動力化是指將污水視為一種資源和動力，通過應用相關技術使資源收受接管、動力收受接管和污水再生應用。膜技術及其組合技術的應用，可以進一個步驟強化污水的資源與動力收受接管（見圖5）。
在膜法污水資源化方面，重要的資源化途徑包含水資源收受接管和氮、磷收受接管。針對污水中存在的有毒無害淨化物包養網比較影響再生水平安應用問題，可撿拾地點及狀況等。將膜技術與高級包養軟體氧化技術進行有用耦合，從而晉陞淨化物的往除效能。如鈀負載陽極電催化膜能夠在數毫秒至數秒的接觸時間內實現難降解淨化物90%以上往除率。人工納米水通道修飾膜能將納濾膜對疏水內排泄干擾物的選擇包養性進步2~3倍。污水中蘊涵的氮資源約320萬t/年，磷資源達34萬t包養網VIP/年。采用適宜的膜處理技術對氮、磷進行收受接管，可以資源再生抵消部門碳排。
在膜法污水動力化方面，膜技術通過與特定動力化技術耦合，可以強化從污水中收受接管再生和清潔動力（如甲烷包養女人、氫氣、電能等）。污水排放的化學需氧量（COD）為2 500萬t/年，以0.2 m³甲烷/kgCOD的產率計算，每年可產出約60億m³甲烷，理論上可滿足我國2%的自然氣需求（自然氣消費量3 000億m³/年）。當污水中33%以上碳源以甲烷情勢收受接管和應用時，即無望實現污水處理廠能量自給。AnMBR技術比擬傳統厭氧技術，具有獨立把持污泥逗留時間（SRT）和水力逗留時間（HRT）、固液分離效力高、容積負荷高級優勢，已在高濃度有機廢水（如食物加工廢水等）中獲得應用，今朝最年夜規模AnMBR工程達1 500 m³/d。包養網站近年來，自生動態膜與厭氧技術耦合的厭氧動態膜生物反應器（AnDMBR）技術獲得關注。在應用于污泥厭氧消化時，比擬傳統厭氧消化技術，污泥濃縮倍數可晉陞150%，消化效力和甲烷產率可晉陞50%以上，實現能量凈輸出0.57 kW·h/kgVS。此外，包養疏水膜氣提技術可以用于厭氧消化反應器出水中消融態甲烷（20~26 mg/L）的收受接管。反滲透（RO）、電滲析（ED）等膜技術因具有可制得高品質純水的技術優勢，能夠為電解水制氫供給必須的原資料，在氫能收受接管領域無望獲得應用。
3.1.包養網4 統籌做好膜法所產再生水的循環應用
膜法工藝可基于分歧膜的分離機制和處理後果，在分歧工段分級產出梯度水質的再生水，滿足城市雜用、河流補水、綠地澆灌、景觀環境用水、生產回用等多種再生水應用場景，實現碳排抵消。膜法所產再生水的碳減排效益可依照回用地區自來水產水碳排與膜工藝產出再生水過程碳排的差值進行預算，此中產出再生水過程的碳排可通過膜工藝動力強度乘以區域電網碳排放系數計算。以華東地區為例，自來水的單位碳排為0.77 kgCO2/m³，當應用超濾所產低品質再生水替換自來水用于城市雜用等場景時，每單位再生水可供給的碳補償約為0.72 kgCO2/m³；應用納濾所產的高品質再生水取代自來水用的CP（人物配對）則主包養網導了粉絲的討論。于生產工藝等場景時，每單位再生水碳補償約為0.40 kgCO2/m³。比擬于傳統二級出水-混凝沉淀-過濾-消毒工藝所產再生水取代自來水（碳補償約0.28 kgCO2/m³），碳排抵消效應加倍顯著。根據《中國城市建設統計年鑒》，今朝我國再生水應用量僅占污水處理總量包養一個月價錢的24.3%，距離發達國家60%~70%的再生水應用率還存在較年夜差距。是以，鼎力推進膜法污水處理與再生應用設施建設，針對分歧再生水應用場景，依照水質請求將再生水進行分級收受接管應用補償污水處理系統的碳排放，對于膜法污水處理技術的綠色低碳化發展具有主要意義。
3.1.5 創新研發膜資料的再生循環技術
今朝，膜資料遵守制備-應用-廢棄的線性性命周期過程，在每一階段均會產生相應的碳排放。在長期應用過程中，由于不成恢復淨化的累積，當膜的水通量降落至難以達到產水請求時，按傳統思維需廢棄并更換新膜。據估計，2022年全球將產生35 000t聚合物廢棄膜，而填埋或焚燒是今朝年夜多數廢棄膜的最終處置途徑。從全性命周期角度而言，膜的處理處置是膜法污水處理產生碳足跡的重要環節之一。是以，基于膜資料的再生循環與可持續應用，延長膜的性命周期，對于技術的綠色低碳化發展具有主要感化。
廢棄膜的再生循環應用重要技術途徑包含：
廢棄高壓膜包養網的“降級”再生；
廢棄低壓膜的“升級”再生；
廢棄高壓膜或低壓膜的“平級”再生。
降級再生是指將廢棄的RO/NF膜經過適當物化處理，公道調控或破壞聚酰胺截留層結構，從而降級為NF/UF膜。基于聚酰胺不耐受次氯酸鹽的特徵，可應用次氯酸鹽產生的不受拘束氯攻擊廢棄RO膜的聚酰胺活性層，當聚酰胺部門降解時再生為NF膜，當其 TC:
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