化工印染行業廢水膜分離技術應用及發展

【格林大講堂】

       工業廢水的治理與排放一直受到國家的重點監控。工業生產過程中既需要大量的新鮮水，又會排出夾帶重金屬、有毒化學品、酸堿、有機物、油類、懸浮物等有毒有害物質的大量廢水。與市政污水相比，工業廢水具有成分復雜、濃度高、環境毒害性大，牽扯行業眾多等特點，導致治理難度巨大。據統計，2015年，我國工業廢水排放量為199.5億噸，占廢水排放總量的27.1%;工業廢水處理量達444.6億噸，治理設施處理能力達2.5億噸/日，年運行費用為685億元。

       近幾年，尤其是2010年后，作為一種新型的分離技術，膜分離技術既能有效脫除廢水的色度、臭味、去除多種離子、有機物和微生物等，又能回收一些物質，在工業廢水的深度處理和中水回用中得到了全面、快速的應用與發展。

       據調查，膜技術在電鍍、印染、造紙、垃圾滲濾液、電力行業都得到了快速的發展。本文將結合筆者的調研，與大家詳述膜在工業廢水上述5個細分領域的發展與應用情況。

電鍍及PCB重金屬廢水治理膜應用率約70%

       電鍍是重金屬廢水排放的重點行業。我國電鍍企業量大面廣，據不完全統計，規模上企業數量約15000家。近幾年隨著各地區政府對重污染企業的整治，電鍍企業數量有減少的趨勢，且主要聚集在電鍍園區。

       作為國控企業，電鍍企業廢水治理一直受到重點關注。調查發現，2000-2010年之間，已經投運的電鍍污水處理技術多為化學沉淀法，膜的市場應用率約20%-30%。而在2008年，環保部發布了《電鍍污染物排放標準》(GB21900-2008)(以下簡稱《標準》)，提出了敏感地區實施更加嚴格的表3標準。與歐盟部分國家表面處理廢水排放濃度限值比較，《標準》中金屬污染物排放標準嚴格程度均處于中上游水平，而化學需氧量、磷等非金屬污染物幾項指標由于列入地表水體污染物排放總量控制也較嚴格。執行新《標準》后，COD、氨氮、總氮、總磷等生化指標由于廢水生化性比較差，常規的化學沉淀加AO或A2O工藝無法處理，是超標的主要的因子，同時銅、鎳也是超標的主要重金屬因子。

       同時，在國家重點監察重金屬廢水治理的背景下，電鍍企業必須采取清潔生產措施，增加中水回用。在此情況下，多數企業增加了膜法深度處理工藝，以實現達標排放和中水回用的目的。到2013年，環保部又發布了《電鍍污染防治最佳可行技術指南(試行)》(HJ-BAT-11)，大力推行膜法處理工藝。自此之后，膜在電鍍廢水治理領域的應用開始迅速推廣。對電鍍廢水治理的企業新大禹、威士邦、海拓環境調查發現，目前膜在電鍍行業的市場應用率約70%左右。

       廣東新大禹是我國最早專注于電鍍廢水處理的公司(上世紀90年代)，雖然不是膜生產企業，但是其工藝路線或工程中多數采用了膜技術。目前新大禹在華南電鍍廢水治理及運營市場中占有率第一，年營業收入2-3億元，在華南、華東、西南等地具有較強的競爭力。而江西金達萊以JDL重金屬污水處理技術為核心，在PCB重金屬廢水治理中已成為行業第一，2015年營業收入達5億元。威士邦(廈門)環境科技有限公司是一家貫穿膜產業鏈的高科技企業，在廣東、福建、江蘇等地開拓了電鍍園區及企業的廢水處理市場。海拓環境是目前國內最大的電鍍園區廢水治理運營服務商，已承接了50多個大中型電鍍園區的運營服務，2015年營業收入超2億元，目前逐漸從運營向工程布局。

印染廢水治理膜應用率達50%

       2015年，全國規模以上印染企業近1900家，95%以上產能主要集中于東南沿海五省。在我國工業行業中，紡織工業的排污量排在第4位。其中，印染是紡織工業的主體，其廢水占紡織的80%，并在工業廢水總排放量中占比14%，但廢水回收率卻只有7%。

       印染行業是我國重點整治的十大重污染行業之一。2008年，國家發改委發布《印染行業準入條件》;2012年，環境保護部和國家質檢總局聯合修訂發布了《紡織染整工業水污染物排放標準》(GB 4287-2012);2015年，結合紡織園區實際情況和水污染物間接排放控制的調整需求，又發布了《紡織染整工業水污染物排放標準》(GB 4287-2012)修改單;2015年，“水十條”發布，印染行業更是面臨著極大的節能減排壓力。與此同時，國家不斷提高企業用水限額，以及高耗水帶來的高額成本費用，催生了印染企業升級改造的內在動力。

       同時，印染廢水作為國內外難處理的工業廢水之一，傳統的“物化+生化+物化”處理工藝，二級處理出水水質難以達到排放及回用標準的要求。膜處理技術因其工藝過程簡單、處理過程無二次污染、出水水質優良等顯著優勢，逐漸成為印染企業廢水處理新建及改造項目中不得不考慮采用的達標技術，大大帶動了膜技術在該領域市場的開拓和發展。據了解，目前膜技術在紡織印染行業中的應用主要體現在印染廢水處理及回用、退漿廢水PVA(聚乙烯醇)漿料回收、堿減量廢水中PTA(精對苯二甲酸)回收、洗毛廢水中油脂回收、染料生產中染料回收及脫鹽等方面，其中，以廢水深度處理和回用環節的應用最為廣泛。

       在對浙江開創、杭州天創、廈門威士邦、杭州上拓等企業的調研發現，從2007、2008年起，膜技術開始在紡織印染行業推廣應用，目前在該行業中的市場應用率已達50%左右，未來隨著環保形勢日益嚴峻，“十三五”期間該比例有望進一步增加。其中，新三板企業——浙江開創憑借其擁有的從膜材料研究、膜產品生產、膜裝備制造到膜工程應用等一整套膜分離技術體系以及一系列關鍵技術，在印染、造紙、石化等廢水的治理及回用領域取得多項專利，目前在印染行業的回用技術及市場占有率已排在全國第一位，公司的“雙膜法”(超濾+反滲透)工藝在諸多印染廢水處理建設或改造項目中得到運用。

造紙廢水處理膜應用率約30%

       造紙行業是一個高耗水、高污染的工業行業，其用水量居我國5大高耗水行業之首。總排水量僅次于化工余鋼鐵行業，位居工業行業廢水排放量的第3 位，COD 排放量達全國工業COD 排放總量的三分之一。造紙廢水污染治理不僅成為行業乃至全社會關注的熱點，而且也成為制約造紙企業生存與發展的關鍵。

       2008年6月，國家環保部頒布《制漿造紙工業廢水污染物排放標準》( GB3544-2008) ，其中COD、BOD、SS 排放指標較上一版標準排放限值降低76%、90%、88%，并增加色度、氨氮、總氮、總磷和AOX等排放指標要求。2015年，“水十條”發布，專項整治十大重點行業中，造紙行業居首。2016年12月，《關于開展火電、造紙行業和京津冀試點城市高架源排污許可證管理工作的通知》印發，要求各地于2017年6月30前，完成企業排污許可證申請與核發工作。標準趨嚴、政策推動，廢水深度處理回用，進而實現封閉循環和零排放，成為造紙行業生存發展的必然選擇。

       在此背景下，以生化處理為主體的三級處理技術逐漸成為行業主流工藝，其中膜處理憑借其在大多數情況下對色度、SS和AOX的去除率可達90%的顯著效果，也逐漸應用于新處理工程建設和原有工藝升級改造的三級深度處理中。根據廈門威士邦、浙江開創、杭州天創等企業的反饋，目前造紙廢水處理膜的應用比例在30%左右。據杭州天創分析，未來膜技術將是造紙行業廢水處理技術發展的必然趨勢，采用“雙膜法”工藝處理造紙廢水的噸水工程成本在1000元左右，企業通過節省排污費用和自來水費，可以在2-3年內回收工程投資，并進一步產生效益。

垃圾滲濾液處理膜應用率超90%

       截止到2015年，我國設市城市和縣城生活垃圾無害化處理能力達到75.8萬噸/日，其處理方式有衛生填埋、焚燒和堆肥等。目前，垃圾滲濾液處理需求主要來自垃圾填埋場和垃圾焚燒廠。垃圾滲濾液是一種黑臭、成分復雜的高濃度有機廢水，COD、氨氮濃度高，難生化物質含量多，有毒性，水質水量變化大，是目前公認難處理的廢水。

       上世紀80年代開始，垃圾滲濾液處理主要以A/O生化法為主，到90年代后期，隨著垃圾滲濾液國家排放標準(GB16889-1997)的出臺，開始出現以生化法為主，物化、高級氧化等工藝并存的局面。而2008年7月，環境保護部等發布的《生活垃圾填埋場污染控制標準(GB16889-2008)》開始啟用，傳統的物化+生化的處理工藝已經不能完全達到標準的要求，必須對生化出水進行深度處理。深度處理工藝主要以膜分離工藝和高級氧化技術為主，也包括一些非常規的處理工藝如活性炭吸附、離子交換等。在焚燒廠的滲濾液方面，按照《垃圾焚燒污染控制標準(GB18485-2014)》要求經廢水處理系統處理后的優先考慮循環再利用，必須排放時污染物排放限值按污水綜合排放標準(GB8978)要求執行。

       此外在環境影響評價也提出了更為嚴格的要求，在建在垃圾填埋場附近的焚燒場滲濾液同垃圾填埋場滲濾液合并處理時，則應按填埋場滲濾液排放限值要求。更加嚴格的垃圾滲濾液排放標準有效推進現有技術、現有企業的升級改造與新技術的研發產業化應用，膜在滲濾液處理領域的應用迅速推廣。

       從我國滲濾液處理的現狀，結合技術工藝路線，我國垃圾滲濾液處理采用的主流工藝方法為MBR+NF/RO工藝，該工藝具有較強的適應性和操作上的靈活性，出水完全達到設計排放標準。根據對垃圾滲濾液處理的主流企業維爾利和新奇環保的調查發現，目前膜在垃圾滲濾液處理項目中的應用率超過90%。

       作為垃圾滲濾液處理行業中的第一家上市公司，同時作為國內首家采用“MBR+膜深度處理”企業，維爾利在垃圾滲濾液處理大中型項目(處理規模≥500噸/日)中，市場占有率約40%，整體市場占有率約為10%-15%。維爾利也是首家在《生活垃圾填埋場污染控制標準》(GB16889-2008)新標準下完成1000噸/日以上滲濾液處理規模項目的企業，其研發的生化-膜組合處理技術及成套裝備在全國得到了應用。

膜法成為電力行業水處理的必要技術工藝

       電力行業是我國工業用水的大戶，其用水量和排水量十分巨大，分別占全國工業用水量和排水量的40%與10%。電力行業水處理系統主要包括火力發電廠及核電站所用的各種水源水的預處理及除鹽處理、鍋爐補給水處理、凝結水精處理、循環冷卻水處理以及火電廠各種污廢水(包括工業廢水、脫硫廢水、含煤廢水、含油廢水及生活污水)處理等。

       隨著國家和民眾對環境保護的日益重視及節能減排政策的實施，新建的大型火力發電機組鍋爐對用水的品質提出了更高的要求。因此，出水水質穩定可靠、運行簡單快捷的膜技術得以在電廠化學水處理的過程中被廣泛使用，并成為鍋爐水處理預脫鹽的必要環節之一。同時，由于我國水資源的短缺，電廠生產用原水常采用海水及中水回用，為達到較高的水質，也常采用膜法水處理技術;同時，膜法水處理在電廠循環冷卻水中也有應用。

       而隨著工業廢水零排放的推行，電廠通常采用膜濃縮+蒸發結晶法以實現脫硫廢水零排放。另外，膜法水處理技術也成為了電廠水島(燃煤電廠從水源凈化、過程水處理到廢水處理及回用整個全過程作為一個整體進行統籌規劃、獨立成“島”。)必不可少的技術之一。

       調查發現，由于膜法水處理在電力行業得到了較大應用，部分電力行業水處理龍頭企業還組建了專門的膜技術公司，如華電水務于2013年組建了華電水務膜分離科技(天津)有限公司，可年生產膜100萬平方米中空纖維超濾膜，而北京朗新明環保科技有限公司亦自主研發了PVDF超(微)濾中空纖維超濾膜以應用于水處理領域。