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两上升,两下降 过滤膜技术颠覆直饮水行业

两上升,两下降 过滤膜技术颠覆直饮水行业


2018-08-16 13:27 来源: 中国家电网  刘拓


       

     

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千岛湖,风光如画,碧波万顷,与当地著名“鱼头宴”同样久负盛名的是其优良的水质环境,作为“农夫山泉”重要的采水地之一,其水甘甜清冽,也应和了一方水土一方人的描摹。不过,与幸运的千岛湖地区不同,我国大部分地区的饮用水环境都差强人意,能够畅享优质直饮水的人群少之又少。目前,中国社会面临的水环境真实状况如何呢?带着这一问题,在2018年第二届饮水安全与健康博士论坛上,中国家电网记者采访到中国工程院院士,中国水科院水资源所所长王浩。


水与人生

“人生多少事,但没有什么比饮用水安全更重要。”王浩指出,“纵论人的一生,便是逐步脱水的过程。生命的孕育从羊水开始,生命体存在于100%水环境中;甫出生的新生儿,水份占身体比重的90%;幼儿期,占体重的80%;从少年到老年的主要生长期中,水份占身体70%;及至耄耋之年,身体水含量缩减至60%;及至死亡,水份占比50%。而人体的各组织器官,即使是含水量最少的骨骼,水份也占其总重量的22%;大脑水份占比约76%;血液含水量约75%。当一个人身体水分减少1%-2%,就会明显口渴;脱水5%,人体便会意识不清,短暂昏厥;脱水15%,人体就会死亡。”

王浩列举了水对世界的重要性,“以中国为例,我们能够成为世界人口第一大国,与古代养成的烧开水习惯密不可分。通过烧开水杀死病原体和微生物,保证了中国人口自然死亡率的大幅下降,对于人口基数的累计,健康饮用水功不可没。”

“现在,大家谈论电力、能源、网络的重要性,但是从人类走出非洲的10万年,人类从始祖到现代人的600晚年,用电只是近150年的事情,而用水则一天不可或缺。如果没有电力,我们还可继续存在;如果没有水,73亿人口将在3-5天内集体灭绝。”

这就是水的魔力,也是我们关注饮用水安全的初衷所在。

中国饮水大环境

不过,目前中国人饮水大环境虽然有所改善,但并不乐观。

王浩指出,中国的天然水源涵养地,如自然水循环,江河湖波水,在过去的三四十年中遭遇了严重的污染与破坏,“当时只重金山银山,导致环境变差,水资源遭受污染。经过近10年集中环境治理,近年来中国水环境开始向好的方面出现拐点,其中可参考的重要指标是‘两上升,两下降’。”

“两上升”,一是指GDP上升,一是指水源环境上升。“前几年,我们的GDP增长在7%~12%,现在降到了6.5%左右,未来还可能降至5%,但总体处于上升区间;在各国发展历程中,GDP保持5%以上增长时,都呈现环境恶化势头。而我国GDP在6%~8%上升区间是,水环境状态也在上升,按国家饮用水集中取水水源地的一类水,二类水,三类水标准全国监察显示,其河床量在上升。这说明,我国的饮用水水质没有因为经济发展持续恶化,而是出现了GDP增长与水质恶化解耦的趋势。”

“两下降”指的是,全国5万条大型及较大型河流COD、负营养、氨氮、总磷总氮、污染物等指标在下降;同时,“劣五类”水体,黑臭河流的数量在下降。

王浩说,“基于全国统计的两上升,两下降可以得出一个基本判断:中国饮用水整体大环境在逐渐好转,已经出现希望的拐点。”

不过,他同时提到,水源的涵养与水质的持续转好,还面临着诸多挑战,未来任务艰巨。

“这一论断主要源于人口的增加和城市化的高度增长。”

王浩指出,2017年中国城市化率为58%,仍处于高速发展期。“一个基本判断是,我国城市化率要到70%之后才会放缓脚步。”密集的城市人口将促进更多垃圾排放,产生更多建筑固体废物、厨余垃圾等,形成环境污染物的持续威胁。据统计,我国居民一人每天要产生0.8-1.5公斤垃圾,从环境规划角度而言,一人一年要产生450公斤垃圾。“目前我国约14.07亿人口,尽管国土面积为960万平方公里,但平原面积仅占10%~12%,中国人口最密集的十大平原总面积不足100万平方公里,而10亿以上人口挤压这约10%的空间内,污染非常严重,这也造成很多城市的取水水源地不断上移。”

王浩举了上海市的例子,“上海市过去是在苏州河取水,之后延伸到黄浦江取水,之后上移至淀山湖,最后没有办法在长江中游做了清草沙水工程,才保证了每天500万吨远水供应量,解决了上海水源污染和不足问题,除了上海,还有很多城市存在这一问题。”

“此外,还有一个挑战便是我们的‘历史存账’很多。我国建筑垃圾存量在800余万吨,从空中遥感拍摄的城市照片中可以看到,我国有200余城市存在于固废形成的‘小盆地’中。所谓‘小盆地’,是指四周是山,周围平地。但这些城市周边的‘山’,都是固废垃圾填埋造成的,存量垃圾的解决将成为一项长期而巨大的挑战。”

“而且,我国目前实体工业占国民经济的比重较大,较为依赖于重化工,废水排污问题比较突出。”王浩指出,“在黑臭河流治理方面,我们虽然下了很大努力,但仍不尽如人意。现在,国家正在逐步用系统思维,多学科交叉来解决这些问题。”

其中,最重要的是政治局颁布的“水十条”规定,饮用水源地治理本着“一河一策”、“一湖一策”的原则。据王浩介绍,目前我国地表水质标准沿用GB3838-2002标准,“该标准面临着科学性问题以及与国情脱节问题。”

他指出,该水质标准源自于我国环保事业初创的1971年,主要照搬了北美与欧洲标准进行融合,随经过数次升级,但仍与国情脱节。“不提地广人稀,环境容量很大的加拿大,只以美国为例,在其918万平方公里的土地上,65%属于平原,人口约3.2亿。在美国百公里河段,一般仅分布有3-5家工厂,如果以一个工厂排放1个单位的污染物入河,百公里河段入河污染物仅3-5个单位。美标中,百公里河段污染物容量为5个单位,一般污染物总量不超过河段水环境容量,保证了饮水安全。但是中国作为世界工厂,拥有密集的实体工业,虽然是国力殷实的表现,但同时也造成了密集的污染。在我国,不提京津冀、长三角、珠三角等经济发达地区,仅一般地区百公里河段分布至少100-200家企业,按照国标规定入河污染物每家1个单位,整体污染物便是100-200单位,而河段污染物容量仅为5个单位,这就造成污染严重超标,水质下降黑臭。以东莞为例,流经该区域的东江其长度恰好约100公里,两岸不算小厂,仅国家统计局名录中规模以上工厂便有40万家,如果按照一刀切的国标,整体入河污染物便是40万个单位,远超河段容量的5个单位,这样的水源地基本无法保护。”

“正是意识到这种一刀切方法的不准确,国家通过了‘水十条’,强调各地根据实际情况‘一河一策、一湖一策’,制定更严格的污染物排放标准。这种做法将过去总量控制的思维改为容量控制思维,考虑到了经济与河流水质挂钩。‘一河一策’的具体操作体现在,首先要对河道生态功能做界定,然后勘测水质,制定水段环境容量,然后调查分析入河污染物,利用入河污染物容量与水环境容量之差作为修复削减量,再将相应的修复削减量分配到100公里河段的各入河排污口,最后每个排污口分配自己的削减总量,倒推出共享排污口的各家所能容许的排污量。”

“此外,除了江河大环境,‘水十条’还特别强调了水源地的保护,将其划分为核心区、过渡区、管控区、试验区等,核心区必须都是涵养水源的明草植被,同时含有大量净水微生物;保护区不准形成新污染源,这些都颁布有相应国标进行保护。

饮水端安全

除了水源地水质安全外,王浩还提到饮水终端的安全性问题。

他指出,“目前,膜技术的发展正在引发世界范围内饮用水的颠覆性革命。膜技术的应用,不仅对治污有很大促进作用,而且加速了健康直饮水在生活中的普及。”

据悉,传统污水处理一般依靠生化法,即利用含有微生物的活性污泥净化水质,其标准同样存在不合理与不适合国情的状况。“以北上广深等超大城市为例,污水处理厂处理的水质需要达到四类水或准四类水的标准,才能基本保持城市水环境过得去。传统技术处理的水绝对达不到国标规定的一级A,一级B标准。但是,利用膜工序,实际是能够达到一级标准的,且成本增价较少。目前,一些地区运用双纯膜法,可以实现污水处理后成为三类水。”

他还提到膜工艺在自来水厂的运用,“目前我国多数自来水厂采用传统净化技术,步骤基本为粗格栅、细格栅、沉淀、析出、砂滤、炭滤、加药等,占地面积达,使用人力多,但出水水质不稳定,很难达到国家106项饮用水标准。但是通过膜技术,用三个工人,两天半施工时间,便可完成膜技术施工,提供农村以及大城市15万吨以上饮用水供应,成本仅为一分水一毛七。”

“近年来,国内涌现出大量膜创新技术,以膜技术企业立晟公司为例,其生产的PVC膜,成本仅是国外通用PVBF膜的的1/7,但效果基本相同。他们将膜孔改善为刀口型,即节能同时更有利于截留微生物和污染物,经过改善,水流通过膜孔的距离,相当于通过一个3-6公里的隧道,提升了出水的纯净度。”

王浩认为,未来10年,我国自来水厂和污水厂的面貌会发生颠覆性改变。

“同时,膜创新技术也将日新月异。现在,自来水厂的PVC膜不能完全阻隔盐分,重金属离子和新兴可溶解化学物质,家庭中要实现直饮水只能用净水机,但净水机的弊端是将有害物质去除的同时,也去除了有益的矿物质等元素。现在科研人员正在研究用纳米材料去除水流过膜后的重金属离子;此外,以前自来水一般用羟基自由基消毒,持续时间不够长,在运输途中及终端易形成二次污染,未来我们的官网可能不再是一张大网,而是分散性管道铺设;此外,一些新发现,比如富含氢离子的水对人体更好,可以有效延缓人体氧化衰老速度,比已知最有效的抗衰老药品作用还要强40倍,而创造一吨加氢自来水成本仅增加3-4分钱,对居民健康与寿命延长大有好处;此外,水中含有微量的氕氘氚等元素,氘对人体器官衰老影响极大,科研人员也正在研究自来水去除氕氘氚的技术。现在,中国市场有进口的富氢低氘水,一听可乐大小的产品价格在50元左右。随着国内饮水技术的进步,我们希望有一天,广大人民都能享受起这种健康的饮用水。”

最后,王浩指出,饮水安全重于泰山,希望通过更多学科交叉形成的新饮水技术带给中国人安全健康的直饮水世界!

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