在碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局的背景下，污水处理与资源化技术必将朝着“绿色低碳化”的方向迈进，为膜法污水处理技术的发展带来了严峻挑战，也为技术的更新迭代带来了重要机遇。在绿色低碳要求下实现膜法污水处理的理论与技术创新，对于支撑双碳背景下膜法污水处理技术的可持续发展具有重要意义，是膜技术领域亟需突破的关键科技问题。综述了膜法污水处理技术的应用与发展动态，探讨了膜法污水处理技术统筹“高标准”需求与“碳中和”导向的发展思路，围绕系统评估、节能降耗、资源能源回收、再生水利用、膜材料再生和数字化转型对膜法污水处理技术的重点攻关方向进行了研判与展望，以推动膜法污水处理技术朝着绿色低碳化不断革新与迭代升级。

关键词：

       碳达峰；碳中和；污水处理；膜技术；可持续；绿色低碳

 

 

0     引言

       污水处理与资源化是控制水体污染、缓 解 水 资源危机的重要途径。膜法污水处理技术具有分离效率高、出水水质好、布置紧凑、易于标准化与装备化等优势，成为了污水处理与资源化 领 域 的 主 导处理技术 之 一。据《中 国 膜 行 业 “十 四 五”发 展 规 划 纲要》，目前我国膜工业产值已超过３０００亿元，年均增速达１５％；带动相关膜技术工程总投资逾１００００亿元，膜产品、膜工艺与工程应用持续快速发展。

        当前，我国进入绿色发展引领环境污染控制、应对全球环境挑战的新阶段。在碳达峰、碳中和纳 入生态文明建设整体布局的背景下，污水处理与资源化也必将朝着“绿色低碳化”的方向迈进，为膜法污水处理技术的发展带来了严峻挑战，也为技术的更新迭代带来了重要机遇。因此，在绿色低碳要求 下实现膜法污水处理的理论与技术创新，推动技术效能的进一步升级，对于支撑双碳背景下膜法污水处理技术的可持续发展具有重要意义，也是膜技术领域亟需突破的关键科技问题。

       本文在综述膜法污水处理技术的应用与发展动态基础上，探讨了双碳背景下统筹膜法污水处理技术“高标准”需求与“碳中和”导向的发展思路，围绕膜法污水处理技术系统评估、节能降耗、资源能源回收、再生水利用、膜材料再生和数字化转型等方面提出了技术的重点攻关方向，以推动膜法污水处理技术的绿色低碳化发展。

１    膜法污水处理技术应用与发展动态

        近年来，在环境功能质量提升需求驱动下，膜法污水处理 技 术 发 展 迅 速，工 程 应 用 规 模 快 速 增 加。在新型膜材料研制、前沿膜技术研究和高效低耗膜工艺开发及应用等方面取得了长足进步。以下将从技术应用、技术能效、材料性能等三个方面概述膜法污水处理技术的应用与发展动态。

１．１ 膜法污水处理技术应用

          近年来，膜法污水处理技术在市政污水和工业废水处理领域得到广泛应用。在市政污水处理与资源化领域，膜生物反应器（ＭＢＲ）应用最为广泛。截至２０２１年，我国已有超过５００座 ＭＢＲ 市政污水处理工程（仅统计处理规模＞１万 ｍ３／ｄ），总处理规模超１６００万 ｍ３／ｄ。在 工 业 废 水 处 理 与 循 环 利 用方面，膜法处理技术在石油化工、煤化工、钢铁、生物医药、微电子等废水处理中均有应用。ＭＢＲ 在石油化 工 和 综 合 产 业 园 区 废 水 处 理 中 使 用 比 例 达５８％～７５％。截至２０２１年，我国有３００余座大型工业废水 ＭＢＲ 处 理 工 程（７０％左 右 的 工 程 处 理 能 力达１万～５万 ｍ３／ｄ）。为进一步实现污染物深度削减，ＭＢＲ可与高压膜技术联用。双膜法处理技术［如 微 滤 （ＭＦ）／超 滤 （ＵＦ）＋ 纳 滤 （ＮＦ）／反 渗 透（ＲＯ）］是工 业 废 水 处 理 与 循 环 利 用 的 常 用 组 合 工艺。我国煤化工和钢铁等工业废水处理中，双 膜 法使用比例达７２％～９０％。以 ＮＦ／ＲＯ 为核心的膜法分盐浓缩技术，在电力、煤化工、钢铁等工业废水零排放建设中发挥了重要作用。电渗析（ＥＤ）等电驱动的膜法水处理技术，可用于重金属离子分离、酸／碱回收和含盐废水淡 化 等，在 冶 金、采 矿、脱硫等废水处理中的应用日渐增多。

１．２ 膜法污水处理技术效能

           随着技术不断迭代，膜法污水处理技术能耗不断下降 （见 图 １）。市 政 污 水 中 ＭＢＲ 能 耗 一 般 在０．３～０．９ｋＷ·ｈ／ｍ３，在大型 ＭＢＲ 处理工程（处理量大于５万 ｍ３／ｄ）中能耗为０．３～０．５ｋＷ·ｈ／ｍ３，接近 传 统 生 物 处 理 能 耗。 工 业 废 水 处 理 中ＭＢＲ技术的能耗主要取决于废水水质，通常废水处理难度 越 大 能 耗 越 高 （一 般 高 于 市 政 污 水 处 理 能耗），在０．５～１．５ｋＷ·ｈ／ｍ３。ＮＦ和 ＲＯ 处理市政污水的能耗 为０．５～２．４ｋＷ·ｈ／ｍ３。参 考 海水淡化（ＳＷＲＯ）能耗，当处理废水盐浓度达７５０００ｍｇ／Ｌ时，ＮＦ产水能耗在２．０ｋＷ·ｈ／ｍ３ 以上，ＲＯ 产水能耗在２．６ｋＷ·ｈ／ｍ３ 以上。ＥＤ 处理盐浓度上限为１０００００ｍｇ／Ｌ，产水能耗根据进水水质不同而波动较大，范围为３～８５０ｋＷ·ｈ／ｍ３。未来通过组合工艺优化、资源能源回收、膜污染控制等手段可以进一步降低膜法污水处理的降耗。

 

          

 

１．３ 膜材料性能
           膜材料性能对膜系统处理效率和经济性能至关重要。ＭＦ和 ＵＦ膜材料制备技术相对成熟，以 ＭＦ和 ＵＦ膜 为 核 心 的 ＭＢＲ 运 行 通 量 通 常 在 １５～２５Ｌ／（ｍ２·ｈ），膜使用寿命为５～１０年。ＭＦ和 ＵＦ膜前沿领域主要聚焦于膜材料的抗有机污染改性、抗生物污染改性及其长期效能提升等方面。ＮＦ膜在实际运行中通量一般小 于 ２０Ｌ／（ｍ２ ·ｈ·ｂａｒ）（１ｂａｒ＝０．１ ＭＰａ），可 截 留 超 过 ９５％ 的 二 价盐；ＲＯ 膜 在 苦 咸 水／海 水 淡 化 过 程 中 通 量 为１～８ Ｌ／（ｍ２ ·ｈ·ｂａｒ），对 一 价 盐 的 截 留 率 达９９．７％以上，使 用 寿 命 为３～７ 年。对 于 ＮＦ 和ＲＯ 膜，探 索 打 破 过 滤 性 能 － 选 择 性 制 衡 关 系（ｔｒａｄｅ－ｏｆｆ）的 膜 材 料 是 研 究 前 沿，改 变 多 孔 支 撑 层的结构和表面特性、在界面聚合过程中引入纳米颗粒以及通过反应界面原位产热与纳米气泡产生的精细调 控，有 助 于 制 备 突 破ｔｒａｄｅ－ｏｆｆ瓶 颈 的 高 性 能ＮＦ、ＲＯ 膜（见图２）。

 

          

        然而，在长期运行中不可恢复污染逐步累积，膜通量最终难以达到产水要求，从而不得不报废并更换新膜。因此，在“双碳”背景下，膜材料的评价指标不仅应包含传统的过滤性能、抗污染性能等，而且应增加碳排放维度的相应指标，从而指导高性能膜材料的低碳研发与可持续应用。

2     “高标准”与“碳中和”之间的制衡关系

        在碳达峰、碳中和导向下，污水处理与资源化必将向绿色低碳化方向迈进。但与此同时，以水 环 境功能质量保障为导向，在相当长一段时期内仍然执行严格的污水排放标准。然而，高标准的处理 往 往是以高能耗、高物耗、高碳排为代价。

 

          

      

 

 

原标题：膜法污水处理技术的绿色低碳化发展思考

原作者：王 志 伟