延安:解决水问题,发展膜产业

 延安,是陕北黄土高原上一个缺水严重的城市。多年来,延安年均水资源总量13.36亿立方米,人均水资源量612立方米,只有全国人均水资源量的29%,低于人均水量1000立方米的国际公认贫水线。全市年均降水量大约500毫米,年均蒸发量却高达1000毫米,因此水资源主要依靠地表径流补充。此外,延安每年大约70%的降雨集中在7-9月,不平衡的降雨使得延安地区洪涝与干旱两大问题并存,雨水资源很难被充分利用。

 

除了缺水,延安也面临日趋严重的水污染问题。但与众不同的是,延安的一个主要污染源是石油。鲜为人知的是,延安是中国近代石油工业的发祥地。早在1905年,清政府就在延安创建了“延安石油官场”(今天“延长石油集团”的前身),1907年,延安打出了中国大陆第一口油井,同年建成了中国陆地上第一个炼油厂。毋需讳言,早年粗放式的采油工艺对环境造成的负面影响至今依然存在。

 

▲延长石油集团

 

如今,采油业在延安的国民经济收入所占的比重仍然很大,是延安经济和财政收入的重要来源。然而,延安的采油技术与国际先进水平之间仍有不少差距。结果,肉眼觉察不到的石油微污染进入自然水域和环境的状况偶有发生,虽然尚未对饮用水安全造成严重影响,但已经引起了专业人士的关注与重视。

 

当然,影响延安水质的因素还有很多。举例来说,近年来,随着国家惠农政策的逐步落实,延安已经成为一个重要的农业种养基地,这就意味着化肥、农药、抗生素等化学品的使用难以避免。再者,随着延安城市人口的增加、城市化和工业化的不断推进,产生了大量含有微污染的工业和生活污水,而相应的管网收集处理设施建设滞后,导致部分污水直接排入河道与环境,成为延安水质微污染的又一个因素。

 

 

为了保障充足、清洁、卫生达标的水供应,推动经济发展,造福老百姓,延安市政府多年来一直积极不懈地寻找净水解决方案。据悉,2008年左右,延安市投资了8千多万元、采用活性炭深度处理技术对市政自来水厂进行提标改造。去年开工的引黄工程自来水厂也采用了目前在国内尚属领先的中空纤维膜法水处理技术生产自来水。

 

然而,上述两个方案的效果都不太理想。活性炭深度净水技术的采用,确实是对传统四步法自来水常规工艺的升级,能有效去除水中的易吸附物、臭味和异味。遗憾的是,作为核心材料的活性炭更换成本很高,尤其是考虑到水质较差情况下需要频繁的更换,导致整个系统的运行费用难以负荷;而且,活性炭容易成为细菌生长的温床,对吸附欠佳的化学微污染去除效果也相当有限。

 

基于中空纤维膜过滤的深度净水工艺在改善浊度、去除微生物污染方面的效果极其优越;然而,它无法去除由人类生产生活活动导入水中的化肥、农药、抗生素、激素、石油烃等化学微污染。这些化学微污染与微生物污染最大的不同是,前者在短期不会引发肠胃性、传染性等疾病,但长年累月却可能诱导病变、引发癌症。因此,当今世界,科学家们对饮用水安全的重视已经高度聚焦到如何低成本、高效率去除化学微污染这个主题上。就此,采用中空纤维膜过滤的水处理技术是无能为力、难以胜任的。

 

再退一步说,即使自来水厂的出水完全达标,自来水在输送过程中仍有可能遭受输水管网与高楼水箱的“二次污染”,使得用户终端流出的水仍然是不洁净的自来水,可能含有微污染。


毋庸置疑,延安与全国的大多数城市一样,输水管道系统普遍存在管材老化、管道腐蚀严重等问题,而且居民楼顶的水箱缺乏常规的卫生管理,因此,铁锈、斑垢、有害微生物和化学微污染会在运输全程的不同点位溶进自来水,从而降低了自来水的洁净度和安全性。

 

 

因此,无论从供给侧还是需求端考虑,全面升级自来水厂及改造管网都不是经济可行的选择。就供给侧而言,生产和输送密不可分,即使加大投资升级改造了自来水厂的生产工艺,但若没有安全可靠的供水管网相配套,进入居民用水终端的自来水仍将存在卫生安全隐患。而从需求端的角度,目前自来水的使用,大部分用于工业、商业和建筑业,只有少部分(约占总用水量的35%)作为水质安全性要求较高的居民生活用水,其中烹饪和饮用水的比例不超过5%。于是,大多数业内专家认为,唯有终端净水,方能有效保障公众的饮用水安全与健康。

 

近20年来,终端净水产业在中国发展很快,但仍然还有很大发展空间。目前的问题是缺乏明确的准入标准,以致于市场上的技术和产品鱼龙混杂,普通民众难辨优劣。就以市场占有率最大的反渗透(reverse osmosis, RO)净水机为例,大多数生产厂商以营销为导向,大肆宣扬它的去污净水能力,却刻意掩盖其致命的缺陷。

 

反渗透净水机的工作原理是通过加压,把进水侧的自来水一分为二,少部分透过膜变为纯净水,而大部分的进水与溶解于水中的物质一起作为废水被浪费排放。其工艺原理决定了它的制水过程:


• 要用电:需要通过泵压才能使少部分的自来水透过反渗透膜变为纯净水;

• 浪费水:净水量只有进水总量的1/4,换句话说,为了获得1份纯净水,要白白浪费3份自来水;

 

陆军军医大学的舒为群教授通过多年的跟踪研究与流行病学调查已经得出如下结论:长期饮用纯净水对人体健康不利,因为反渗透制水过程把人体新陈代谢与渗透平衡所必须的天然矿物质和微量元素与废水一起浪费排放。尽管净水机生产厂家为此不断解释说,矿物质与微量元素可以通过膳食来摄取。但实际情况并非如此,原因是食物中的矿物质与微量元素通常是络合态的,远没有水中天然存在的矿物质与微量元素容易吸收利用。

 

此外,尽管在市场上已有少部分国产的反渗透膜,但产品的质量与性能与国外的同类产品相比仍有较大差距。因此,市场上大部分反渗透净水机仍然采用国外进口的反渗透膜材料,从而严重妨碍了具有自主知识产权的中国膜技术产业的科技进步与发展壮大

 

鉴此,被誉为中国生物膜技术教父的蓝伟光博士所率领的科研团队将社会的需求与市场的难题作为科研的课题,针对活性炭深度净水、中空纤维膜过滤净水以及反渗透净水技术各自存在的问题与缺陷作了系统的研究与分析,并不断思考克服缺陷的方法,试图开发一种能克服前述三种净水方法之缺陷的净水新材料。

 

功夫不负有心人,经过多年的努力与攻关,蓝伟光博士率领的团队研发出了一种以天然无机材料为核心的纳滤芯技术,可同时达成“保留天然矿物质、去除化学微污染、水质保持弱碱性”三大目标,而且,终端净水的过程没有废水排放、不需要用电,符合节水优先与节能环保的原则。

 

蓝博士率领的团队所开发的纳滤芯技术既克服了活性炭深度净水技术易遭微生物污染、中空纤维膜过滤不能有效去除化学微污染的缺点,又化解了反渗透净水浪费水资源、不能保留矿物质、水质变酸性的难题。这一技术曾在厦门海峡两岸院士论坛及新加坡举行的国际华人化学大会上获得充分肯定,被国内外知名专家誉为最新一代的净水技术,相关的中国发明专利已被授予厦门市人民政府专利特等奖及中国国家专利优秀奖,安装纳滤芯的三达净水机曾荣获中国科技部、环保部、商务部、国家市场监督总局四部局联合颁发的国家重点新产品证书

 

 

▲纳滤芯构成


三达的纳滤真净水机皆采用了被称为净水5.0的第五代净水技术


 

水问题的另一端是污废水的治理问题,传统的做法是末端治理,终端控制。为此,环保部门通常是在河流的断面设立污染物的监测点,监控当地的污染是否得到有效治理。比如说,在延河流域就设了多个这样的监测点。只是,当监测到污染超标时,已经是事后诸葛亮,亡羊难以补牢了。

 

为此,蓝伟光博士所率领的研发团队开发了基于先进膜技术应用的三达膜箱,它可以在前端截污减排、分散治理,减少污染物排河入流,从源头控制环境污染。延安新区已经安装近十个处理规模大小不一的三达膜箱,经调试运行,效果极佳,处理后的排放水可以循环利用,既减少了管网设施的建设与投资,又减轻了市政污水处理厂的负担,可谓一举二得。值得提及的是,延安新区学习书院采用的三达膜箱污水处理项目曾荣获中国村镇污水治理优秀示范项目奖

 

▲三达膜箱

有鉴于此,延安市政府高瞻远瞩,诚邀蓝博士及其团队到延安兴建膜产业园,制备具有自主知识产权、可取代美国进口的先进纳滤芯材料及其净水装置,同时生产基于先进膜技术应用的三达膜箱及其它相关的膜法分离纯化装置,希望发展以膜技术为核心的净水与健康产业,既可解决延安的水问题,又能在延安发展一个新产业。

 

相信在不久的将来,先进的膜技术产业能成为延安亮丽的新名片,为延安创税、创利、创品牌。