節(jié)水與反滲透膜的應(yīng)用
缺水一直是困擾天津地區(qū)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的因素之一，自1997年以來(lái)華北地區(qū)連續(xù)四年的干旱少雨，使灤河水系蓄水量逐年降低，這無(wú)疑給本以步履艱難的振興天津之路雪上加霜。缺水是自然環(huán)境的客觀存在，節(jié)水不僅是當(dāng)前的緊迫任務(wù)，也是一項(xiàng)長(zhǎng)期的用水措施。為緩解用水緊張的現(xiàn)況，除大力研制和使用節(jié)水器具，限制低產(chǎn)出用水大戶的發(fā)展以外，還應(yīng)重視城市污水再生回用，沿海地區(qū)苦咸水經(jīng)深度處理后分質(zhì)使用等水源的開發(fā)和研究工作。筆者認(rèn)為后者應(yīng)視為節(jié)水的根本措施，也是本地區(qū)今后發(fā)展，保障用水的必由之路。
一 京津地區(qū)、天津開發(fā)區(qū)水資源分布及其特點(diǎn)
要說(shuō)天津開發(fā)區(qū)水資源必然延伸到京津地區(qū)，乃至華北地區(qū)水資源分布及其特點(diǎn)。
華北地區(qū)是我國(guó)，也是世界上人口嘬稠密的地區(qū)之一，而淡水資源十分有限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界人均占有水量的平均水平。進(jìn)入八十年代以來(lái)，本地區(qū)和上游地區(qū)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，天津已經(jīng)成為嚴(yán)重缺水的城市。
天津水資源的組成及其可利用特點(diǎn)：
1.自然降雨
天津市年降雨量400—600mm，但降雨的時(shí)空分布很不均勻。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，另一方面有時(shí)汛期暴雨成災(zāi)，也造成災(zāi)害。集中降雨也很難貯存：①降水集中需要大量的容積貯存降雨水量；②對(duì)于人口高度密集的城市地區(qū)，初期雨水水質(zhì)惡劣，無(wú)貯存價(jià)值；③地價(jià)昂貴，沒有足夠的池、塘、溝、滇貯存淡水資源；④土質(zhì)惡劣防滲性能差，建地下貯水池造價(jià)昂貴。本地區(qū)如考慮自然降水的貯存與利用，必然結(jié)合包括本地區(qū)降雨特點(diǎn)及地質(zhì)條件的綜合情況進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行性研究。
2.地下水資源
天津市中南部地區(qū)深層地下水為淡水資源，由于超量開采，已經(jīng)引發(fā)出一系列水文工程地質(zhì)方面的問題，已無(wú)進(jìn)一步開發(fā)潛力。但該地區(qū)淺層地下水屬苦咸水和微咸水（2—5g/L）。有關(guān)部門認(rèn)為，微咸水經(jīng)系統(tǒng)研究和試驗(yàn)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用具有一定的開發(fā)潛力。
3.境外來(lái)水
天津市、天津開發(fā)區(qū)用水主要依靠（也可以說(shuō)完全依靠）境外來(lái)水。目前天津市引灤入津水資源缺乏已成事實(shí)，自1997年以來(lái)由于黃河斷流日數(shù)增多，引黃濟(jì)津已經(jīng)無(wú)實(shí)際意義。據(jù)媒體報(bào)道，我國(guó)明年將實(shí)施東線引江工程，由長(zhǎng)江下游取水進(jìn)黃河再北上解決京津地區(qū)用水。
值得強(qiáng)調(diào)的是，據(jù)可借鑒資料，1982年在中央政府直接指揮下，成功的實(shí)現(xiàn)了引黃濟(jì)津工程。從黃河山東段引水，共引水8.41億噸，引水成本很高。自1982年以來(lái)，我國(guó)由計(jì)劃經(jīng)濟(jì)基本轉(zhuǎn)入市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)，人工費(fèi)用、建筑費(fèi)用、能源價(jià)格都有大幅度調(diào)整。預(yù)計(jì)引江入津幾千公里長(zhǎng)距離辦水工程，供水成本預(yù)計(jì)達(dá)到每噸十幾元。
4.天津開發(fā)區(qū)污水處理廠及污水系統(tǒng)
天津開發(fā)區(qū)已經(jīng)建成日處理能力10萬(wàn)噸的污水處理廠，目前已經(jīng)投入穩(wěn)定運(yùn)行。經(jīng)處理后出水水質(zhì)COD≤120mg/L、BOD≤20mg/L、SS≤20mg/L，外觀清澈透明，達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。目前已經(jīng)用于噴灑道路、防塵降溫、市政用水等低水質(zhì)用水，取得一定成效。
由于天津開發(fā)區(qū)地處渤海之濱，在原來(lái)鹽堿灘填土墊地開發(fā)建設(shè)而成。地質(zhì)條件很差，地下水位很高，地下苦咸水的滲入使城市污水中含鹽量很高，又由于采用二級(jí)生物處理，不具備去除鹽分的功能。一般旱季3000mg/L，雨季大雨后達(dá)到8000mg/L。但是它來(lái)源穩(wěn)定，如果轉(zhuǎn)變觀念依靠高新技術(shù)，利用開發(fā)區(qū)現(xiàn)有條件和成熟成果與技術(shù)進(jìn)行污水深度處理的工程性試驗(yàn)研究，實(shí)施污水回用工程，用于解決和緩解天津開發(fā)區(qū)用水緊張的局面。
二 依靠高新技術(shù)做好污水深度處理
水中含鹽量高是限制開發(fā)區(qū)污水處理廠出水進(jìn)一步開發(fā)利用的重點(diǎn)和關(guān)鍵。水的脫益處理，一般人們認(rèn)為成本較高，以前應(yīng)用的并不普遍。二十世紀(jì)七十年代以來(lái)，很多沿海國(guó)家由于淡水資源缺乏日趨嚴(yán)重，都直接卷入了海水淡化發(fā)展的潮流。反過(guò)來(lái)有效開展海水淡化技術(shù)，成功的解決水資源短缺，促進(jìn)了本地區(qū)經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步飛速發(fā)展。如中東、地中海地區(qū)和某些西方國(guó)家。
脫鹽水處理的方法很多，但達(dá)到商品化和工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模僅限于幾種方法：低溫蒸餾、多級(jí)閃蒸、壓汽蒸餾、離子交換和反滲透方法，其它方法實(shí)際應(yīng)用較少。實(shí)際工程的一般結(jié)論：蒸餾方法主要適用于以海水為原水的熱力發(fā)電廠，它所使用的是發(fā)電廠低位余熱，即初級(jí)能源，計(jì)算價(jià)格大大低于商品化價(jià)格。而在其它領(lǐng)域包括很多發(fā)電廠最廣泛使用是反滲透脫鹽水處理方法與工藝。
反滲透工藝能夠在脫鹽水處理中得到廣泛的應(yīng)用。
不論從經(jīng)濟(jì)上或技術(shù)上比較與分析，反滲透工藝可以用于高鹽度水脫鹽，也適用于低鹽度脫鹽，而其它工藝僅適用于其中一種情況。
主要由于最近20年反滲透工藝的研究取得了重大的進(jìn)展和顯著的成果。主要研究方向集中在：
1.對(duì)預(yù)處理工藝的深入認(rèn)識(shí)與研究從改進(jìn)預(yù)處理工藝著手，使反滲透膜的使用壽命大大增長(zhǎng)。
2.制膜技術(shù)的改進(jìn)，新型膜允許操作壓力降低，出現(xiàn)了低壓反滲透膜。
3.研制開發(fā)了能量回收系統(tǒng)，使反滲透能源消耗大幅度降低。
4.再加之反滲透工藝固有的優(yōu)點(diǎn)，適用范圍廣泛，不僅適用于高鹽度進(jìn)水，也適用于低鹽度進(jìn)水。而其它方法只適用于其中的一種情況。
由于以上原因，反滲透工藝在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)上的競(jìng)爭(zhēng)力不斷增強(qiáng)，不僅在高濃度海水淡化，苦咸水淡化領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，在低鹽度脫鹽水處理過(guò)去一直是離子交換法一統(tǒng)天下，目前已經(jīng)呈現(xiàn)出日益被反滲透法所取代的局面。也有人預(yù)言，隨著膜技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，環(huán)境污染的加劇，不遠(yuǎn)的將來(lái)它將在城水給水系統(tǒng)中（自來(lái)水廠）普遍應(yīng)用，它將是水處理工藝的一次革命。短短幾年時(shí)間這種預(yù)言被越來(lái)越多的人所接受。
以上所述，僅試圖說(shuō)明依靠科學(xué)進(jìn)步高新技術(shù)，開發(fā)區(qū)污水處理廠出水脫鹽處理技術(shù)上是可行的。正如我區(qū)召開中水回用技術(shù)論證會(huì)上，有關(guān)專家指出的那樣，反滲透技術(shù)是一項(xiàng)高新技術(shù)，也是成熟技術(shù)，可行性是不容懷疑的。
三 市場(chǎng)價(jià)格與政府行為相結(jié)合制定合理的政策，推動(dòng)開發(fā)新水源工作順利開展
1.政府政策支持
反滲透技術(shù)的迅速發(fā)展證實(shí)其技術(shù)的可靠性，但是其投資與運(yùn)行成本高于傳統(tǒng)水處理工藝和方法。隨著世界性淡水資源的普遍缺乏，水被認(rèn)為“取之不盡，用之不絕”的時(shí)代已經(jīng)成為歷史，世界各國(guó)普遍增設(shè)：①增加輸水費(fèi)用。②增收水資源費(fèi)。③提高處理成本，使自來(lái)水價(jià)格普遍大幅度提高。
眾所周知，我國(guó)受計(jì)劃經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)期影響，水的價(jià)格與價(jià)值嚴(yán)重背離。近幾年水價(jià)雖然調(diào)整，但是征收水資源費(fèi)價(jià)格偏低遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于水的實(shí)際價(jià)值和市場(chǎng)需求，自來(lái)水價(jià)實(shí)行補(bǔ)貼的局面沒有改變，甚至隨著淡水資源更為缺乏，這種局面反而加劇。
明年我國(guó)即將實(shí)施引江東線工程，已如前文所說(shuō)，1982年天津市實(shí)施引黃工程輸水成本很高，明年的引江工程輸水成本決不會(huì)低于每立方米水十幾元！如果政策支撐把輸水成本、建設(shè)投資、水資源費(fèi)用于污水資源的開展與利用，采用反滲透工藝技術(shù)，經(jīng)濟(jì)上是完全可行的。
2.市場(chǎng)價(jià)格調(diào)節(jié)
反滲透工藝處理過(guò)的水是一種高質(zhì)量的供水。它去除鹽的同時(shí)去除了幾乎所有的細(xì)菌、病毒、重金屬和有機(jī)污染物等。再簡(jiǎn)單說(shuō)，目前市場(chǎng)銷售的純凈水最理想、最合適的工藝就是采用反滲透工藝，勢(shì)力發(fā)電廠高壓發(fā)電機(jī)組、高壓鍋爐供水水質(zhì)水量要求十分苛刻，采用反滲透完全可以達(dá)到用水標(biāo)準(zhǔn)。污水處理廠出水如采用反滲透工藝，出水水質(zhì)完全相同，理論上說(shuō)水質(zhì)超過(guò)目前合格自來(lái)水水質(zhì)的二個(gè)或三個(gè)等級(jí)，但是考慮人們的思想認(rèn)識(shí)上可接受程度和許多一時(shí)還很難說(shuō)清的原因，建議這種處理不要考慮直接供人們飲用或用作生活用水。
相反這種水質(zhì)用于工業(yè)用水，從理論上到實(shí)踐上，從技術(shù)上到經(jīng)濟(jì)上都是一種用途廣泛的高級(jí)用水。它可以用于發(fā)電廠高壓鍋爐高級(jí)用水、熱電廠、化工工業(yè)、機(jī)械加工、汽車工業(yè)、生物工程、精密儀器等諸多行業(yè)的高級(jí)純水，甚至稍微加工即可制成無(wú)離子水滿足半導(dǎo)體工業(yè)、微電子工業(yè)、航天高科技領(lǐng)域等目前所認(rèn)識(shí)到最高級(jí)用水。如果在天津開發(fā)區(qū)規(guī)劃建設(shè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)，建設(shè)高級(jí)用水工業(yè)園區(qū)，向園區(qū)直接供應(yīng)反滲透出水，預(yù)計(jì)可以達(dá)到極大的利益：
①用水廠家大幅度簡(jiǎn)化常規(guī)的自身需要設(shè)置的制純水設(shè)備，社會(huì)化、規(guī)模化生產(chǎn)可大幅度降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。
②污水處理廠中水回用廠（反滲透除鹽水廠）穩(wěn)定運(yùn)行得到用戶支撐，經(jīng)濟(jì)上得到保障進(jìn)入良性循環(huán)運(yùn)行階段。如果在天津開發(fā)區(qū)能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)高純水制備供應(yīng)大生產(chǎn)化、社會(huì)化、市場(chǎng)化，不僅可以緩解開發(fā)淡水資源緊張局面，也大大改善天津開發(fā)區(qū)投資環(huán)境，吸引更多外商來(lái)區(qū)投資辦廠。
③如果工業(yè)高純水最低售價(jià)3—5元/m3。這種價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)外一般國(guó)家和城市自來(lái)水價(jià)格，一般說(shuō)外商可以接受。按這種價(jià)格估算，不僅足以滿足中水制水成本，還收到巨大的利潤(rùn)效益，污水處理廠中水回用即可得到用戶的支撐，經(jīng)濟(jì)上的保障，真正進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行良性循環(huán)的階段。
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