好膜出好水

中国将在未来两至三年投入900亿用于污水处理,日趋珍贵的水资源正在为膜净水技术加码。

膜净化水的企业如雨后春笋般兴起,膜法世界正变得越来越热闹。

中国国务院总理曾承诺“让大家喝一口放心的水”,为此中国将在未来两至三年投入900亿用于污水处理。奢华的900亿大餐,没人愿意错过。从钢铁、石化、电力等高排放、高污染行业到海水淡化、苦咸水淡化中的脱盐处理,以及各种饮用纯净水、医用超纯水的制取,膜净化技术似乎已经无处不在。

“老四样”不管用了

“世界上1/3的人口生活在缺水地区,如果这种趋势持续的话,20年后将有一半人面临缺水。”湖北工业大学膜技术研究所研究员刘洋说。“在中国,600多个城市中,有300余个城市缺水,其中严重缺水的城市有100余个,年缺水量将近60亿立方米,每年因缺水造成经济损失约2000亿元人民币。”

水资源本来就紧缺,还要加上工业发展、气候变化和人口增长的压力,水资源问题变得更为紧迫。根据再生水协会的统计,仅在美国,污水处理厂处理的污水就以每年 15%的速度增长。“2008年,我们国家,包括工业废水、生活污水等在内的废水排放总量为572亿立方米,河流湖泊已不堪重负。”刘洋说。“水源已经恶化,各种工业污染都有份,从最简单的重金属离子一直到农药、添加剂,如果水处理方式依旧是“老四样”―絮凝、沉淀、过滤、消毒,不仅成本高,还无法解决出厂水浊度、嗅味等感官性指标差,有机物、干扰物去除率低等问题,出水中发现了越来越多的细菌和微生物,水的生物安全性受到了挑战。”

传统的“老四样”过时了,无法全部去除有机污染物,一般只能去掉30%左右,剩余的70%污染物是去不掉的。

于是,新秀膜技术来了。

膜是具有选择性分离功能的材料,可在分子范围内进行分离。膜的孔径一般为微米级。它就像一个拥有超细孔径的筛子,滤去水中的悬浮物、细菌、有毒金属物质和有机物,保留对人体有益的部分。过去十多年的研究表明,与传统的水处理方法相比,通过膜技术净水,出水水质好、占地面积小、剩余污泥产量少。

既然膜这么好,人们就幻想了这么一幅美好的画面:生活废水不再排入江河,而是回到水厂,经过膜技术净化处理后,再度成为生活用水。如此一来,水资源极度短缺,水质污染严重,自来水不达标等一系列问题都能得以解决,尤其是难处理的印染、皮革、电镀、焦化、酿造等领域产生的工业废水。

欧洲、日本、美国、新加坡等国已经部分实现了那幅美好画面――全球最大的海水淡化工程项目位于沙特东部的祖尔角地区,建成后可生产淡化海水100万立方米/天;新加坡的新生水厂每天可提供约9万立方米的新生水;作为墨西哥最大的石油精炼厂之一,Pemex公司选择安装了膜净化系统,这套水处理技术系统可以为冷却塔和精炼过程提供高质量的用水。

走进膜法世界

“膜处理一吨水成本是5000元,而传统的沉淀池只需1000元。过去没有将膜技术应用于大型城市资料水厂,主要是膜组件价格昂贵。”刘洋介绍说,“现在,膜材料制造技术发展很快,性能也提高了不少,价格已经迅速下降。”

双膜净水是现在的主流技术。杭州湾新区水厂是中国第一个用双膜净水的水厂,也就是用超滤和逆渗透两项先进技术。整个生产过程分为三步,先用超滤把污水中的粒状物和细菌等体积较大的杂质过滤出来,然后用高压将污水挤压透过反向渗透隔膜,将已溶解的盐分、药物、化学物质和病毒等较小杂质过滤出来,最后再经过紫外线消毒,就得到了可循环利用的水。

“反向渗透(见本期辞典)隔膜技术是生产水过程中的主要技术。反向渗透隔膜的微孔非常小,能挡住细菌、病毒和化学物质。如果反向渗透隔膜微孔的体积有网球大小,细菌和病毒的体积相当于一栋楼,受污染的化学物质和药物体积有篮球大小,都无法通过微孔。而水分子的体积如同乒乓球,可以通过微孔。”刘洋说。

国家政策是让膜技术走红的另外一个方面。事实上,据北京碧水源科技的一位王姓工作人员介绍,国家新出台的一些政策已经给膜技术在水资源利用方面打开了极大的市场空间。《海水利用专项规划》中,明确要求沿海城市要以海水淡化水作为城镇居民用水和海岛军民主要水源;沿海地区电力、石化、化工、冶金等行业的新建企业必须使用海水淡化水作为冷却水。此外,《中国工业节水大纲》明确规定了钢铁、电力、石油、石化、印染、造纸、有色等高污染高排放行业的取水限额,这些企业必须对现有的工艺进行改造,实现废水循环再利用。

“市场需求大,国内做膜技术买卖的厂商自然就多了起来,包括膜生物反应器、反渗透、膜集成技术等,在城镇生活污水、工业废水的处理上取得了较大进展。虽然跨国公司还是主导,但已有超过500家本土膜生产企业和3000家膜工程施工公司开始在膜市场淘金。”碧水源科技这位王姓工作人员说,“中国膜工业协会的数据显示,中国去年膜市场的销售额超过了200亿元,是全球增长最快的市场。”

面对日益高涨的市场,膜技术厂商纷纷出钱出力换来膜法。北京时代沃顿科技有限公司得到了陶氏化学引以为傲的干式膜元件,并且已经能规模化生产;天津膜天膜集团打造了亚洲规模最大的中空纤维膜生产基地;而北京碧水源科技则拥有膜生物反应器(MBR),在和GE、西门子、陶氏化学三家百年品牌多番肉搏后,取得了60%的市场占有率。

问题依旧很多

“在大笔的投资和鲁莽的承诺背后隐藏着严峻的现实。”中国水网一位不愿具名的专家说,“根据供求规律,大批公司涌入膜市场必然导致价格战。一般一个6千吨的水项目承接价格应该在1000万元左右,但现在,投标价可能500万都不到。”

而膜行业的付款分为三个阶段,签订后合同后能拿到总额30%的启动资金,完工后能拿到总额的60%,运营一年,无任何问题,能拿到最后的10%。这种分期付款的方式意味着,财力不够雄厚的膜公司可能会遇上资金阻碍,继而面临倒闭的风险。曾在膜行业风靡一时的北京迈胜普就毁于宁夏、浙江等地几个不成功的项目。

此外,“膜技术很娇气。反渗透膜用不好要不了半年、一年就要换。为什么呢?如果在使用和维护上不注意,假设前面处理得不好,水有硬度,有有机物,都粘在反渗透膜上,它的出水量就会越来越少。”碧水源王姓工作人员说,“不是每个用户会注意到这些,但他们会认为是膜有问题。”

目前,中国膜市场的发展并不像风险投资所估计的那么快。而最终的赢家可能还是资金雄厚且有足够耐心的企业,例如GE、西门子、陶氏化学以及新进入到IBM。“中国在这方面的新兴企业大多步履蹒跚,大企业可能会抢先一步。 通往未来膜法世界之路充满刀光剑影,为数众多的企业和技术要么在竞争中倒下,要么会被少数财力雄厚的赢家吞并。”刘洋说。“中国膜市场的发展速度超出了所有人的想象,但缺乏统一的技术标准和产品标准,不同厂商的膜元件之间没有互换性。”

“即使中国膜技术成熟,市场反应良好,膜也不是‘万能’的。”北京服装学院教授王柏华认为:“新的生活饮用水标准的颁布和国家节水减排政策的出台,把膜技术的应用推向一个全新的高潮。膜技术是一种终端治理技术,在废水资源化方面能发挥独到的作用,但并不意味以后所有自来水厂都要改用膜技术。水源规划很重要。”