王晓丽，王生辉，黄鹏飞，张 寅，王锐浩，李东洋

(自然资源部 天津海水淡化与综合利用研究所，天津 300192)

1 前言

膜分离是在20世纪60年代后迅速崛起的分离新技术，利用跨膜压力使水等小分子溶剂透过半透膜，而大颗粒物质截留在膜另一侧的过程。根据过滤精度不同，膜分离可分为微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透(RO)。膜分离具有高效、节能、环保、易于控制等特点：(1)在分离过程中无相变、无热过程、无化学反应；(2)以单元组合方式形成整体，装置易于大型化。通过长期工程实践可以看出，膜分离技术被广泛应用于电力、纺织、化工、电子、冶金、石油、视频、饮用水净化、水的脱盐、水资源的保障和物料分离等领域，具有良好的处理效果[1-3]。

改革开放以来，我国的工业和经济发展迅速，但随之而来的还有生态环境的严重恶化，影响了人民对美好幸福生活的追求。水资源作为生态之基，对于修复生态环境、实现人与自然和谐共处具有重要作用，但是生态修复工程区域往往缺少淡水，文章主要介绍膜分离技术在生态修复中的应用。

2 膜技术在生态修复中的应用实例

2.1 盐碱地改良工程

我国盐碱地占耕地面积比例大、分布广，盐碱地对农业生产的破坏巨大，但盐碱地也是宝贵的耕地后备资源，我国目前具备农业利用前景的盐碱地约为1 240万ha，对盐碱地进行改良并加以综合利用，对提高盐碱耕地的生产力水平有着极为现实的意义[4-6]。

盐碱地含有多种盐分，如表1所示。在多年的工程研究过程中发现，排水洗盐技术被认为是治理盐碱地行之有效的方法，但是需要大量的淡水，盐碱地所在区域多数同时存在淡水短缺问题，故开展淋洗水的处理循环利用尤为必要。

表1 我国盐碱地淋洗水特征及类型Tab.1 Characteristics and types of washing water of saline-alkali soil in China

盐碱地改良淋洗水属于苦咸水，但存在水质不稳定，不同区域淋洗水水质不同的特点。采用膜法分离对淋洗水进行处理，水质达标后循环利用，不仅有效减少直接排放对周边环境的影响，而且可节约大量的淡水资源，极大程度地减少盐碱地改良所需资源和成本，为盐碱地的治理提供有效支持(图1)。盐碱地改良中淋洗水通过膜分离技术脱盐除碱处理后，水质优于灌溉用水标准，可持续循环利用。

图1 盐碱地淋洗水循环利用示意图Fig.1 Schematic diagram of recycling of washing water in saline-alkali soil in China

为改良天津滨海盐碱地，自然资源部天津海水淡化与综合利用研究所建设了盐碱地改良淋洗水循环利用示范工程，设计研制出100 m3/d移动式淋洗水循环利用装置。工程以地表水作为改良用原水，通过取水泵取水至一体化净水器，絮凝沉淀后出水经介质过滤，去除大颗粒悬浮物等杂质，经精密过滤器后进入低压反渗透脱盐系统，脱盐水进入产水蓄水池储存，外供给浇灌用水；盐碱地浇灌后的淋洗水收集后进入原水池，经后续处理工艺后循环利用。此区域盐碱地为滨海型，故淋洗水水质以NaCl为主，与海水成分类似，含盐量5 000 mg/L。经系统处理后产水水质TDS≤500 mg/L，优于浇灌用水水质标准。为进一步降低成本，采用系统处理后的淡水和原水掺混方式，处理淋洗水的成本为0.9元/t。系统工艺流程见图2。

图2 工艺流程图Fig.2 Process flow chart

2.2 生态储备林浇灌用水工程

为保护树木资源，保障生态安全和林木资源供给，国家大力开展生态储备林建设，储备林建设的质量与成效将直接影响我国林业生态以及国民经济的发展。近几年，我国大力推进和扩大国家储备林建设试点及示范区域，不仅推进我国社会经济发展，保障生态安全和林木安全，而且对我国木材储备提供了最大限度的保障。但目前储备林建设仍遇到许多问题，基础设施配套是其中重点方面，储备林的建设需要合格水源浇灌，但目前储备林浇灌用水水质普遍较差，导致储备林成活率低[7-8]。

项目针对天津生态储备林因浇灌水质不达标造成的成活率低问题，通过多次取样分析，提出低能耗、高稳定性的“絮凝沉淀+多介质过滤+超低压反渗透”工艺，开发研制出规模为240 m3/d的低压反渗透淡化装备，提升浇灌用水水质。产水水质达标、装置运行稳定，示范效果良好，为我国储备林的浇灌用水问题提供了一种经济实用、技术可行的新途径。

2.3 地热水回灌工程

地热资源是一种清洁绿色能源，开发利用地热资源是解决目前能源危机的重要途径之一。地热资源的利用是通过开采地下热水来实现的，随着地热资源的开采，地下热水资源也会大大减少，逐渐枯竭。因此需通过回灌水来补充地下水，保证地热资源可以长期稳定使用。水向地下回灌过程中，需向岩层中渗透，若水中杂质及结垢性物质过多，会将岩层中水的渗透通道堵塞，使回灌不能长期稳定进行，因此需对回灌水进行处理，目的是防止井中多孔层的堵塞，一旦发生堵塞，井周围的渗透能力将大大降低，并增加注水压头和能耗。另一方面，注入的水不能与地下水和井中材料发生化学反应[9-10]。

示范工程采用地表湖水净化处理后进行回灌，由于地表水中含盐量与地热水中含盐量基本一致，采用“混凝+斜管沉淀+管式微滤膜”，去除水中硬度、悬浮物、胶体、细菌、微生物等杂质，达到水质净化的目的，处理后水可以达到地热水回灌水质标准。工程中膜分离为核心单元，采用PE材质的管式分离膜，膜过滤精度高、耐污染性好、容易清洗；可通过在线反洗，解决分离膜的污堵问题，保持处理设备长期稳定运行。产水回灌前加除氧剂等调节水质，通过回灌泵注入回灌井。表2为进/出水水质分析表。

表2 进/出水水质分析表Tab.2 Analysis table of inlet and outlet water quality

2.4 海岛修复工程

海岛是壮大海洋经济的重要依托，是维护国家海洋权益的战略前沿，是建设海洋强国和构建美丽中国不可或缺的特殊地理单元。在海岛整治修复及保护中海水淡化作为主要工程，能够解决海岛在开发利用中淡水资源的需求，特别是随着海岛开发热潮的来临和国家海防建设的需要，如何因地制宜、合理调配利用各种水资源，有效解决海岛水资源短缺问题和确保海岛供水安全已迫在眉睫[11-14]。

海水淡化作为水资源增量技术，具有占地少、水质好、供给稳定、规模灵活和水安全保障度高等优势，在国内外一些海岛地区得到广泛应用，并逐渐发展成为解决海岛地区水资源短缺和保障海岛水资源安全的重要途径。截至2019年，我国海岛地区现有海水淡化工程规模38.85万m3/d，我国陆续在南海诸岛、舟山群岛、长岛列岛等多个海岛建设了淡化工程，海岛海水淡化主要采用反渗透工艺。由于海岛远离大陆，存在交通运输不便、技术人员缺乏的问题，模块化和系列化的设计思路适合海岛膜法海水淡化装置的应用研究。海岛海水淡化工艺流程见图3。

图3 海岛海水淡化工艺流程图Fig.3 Process flow chart of island seawater desalination

3 总结与展望

文章阐述了生态修复中不同修复领域的用水问题和用水需求，提出经济合理、技术可行的膜分离技术方式和典型流程，并对示范工程进行了简要介绍和分析，为膜分离技术在生态修复工程中的应用提供参考与借鉴。

我国膜分离技术领域已具有良好基础，特别是中空纤维超滤膜、低压反渗透膜在国内国际都具有很强的竞争力，但是在耐污染性和使用寿命等方面与进口品牌仍有一定差距，并且中高压反渗透膜开发力度不足，技术进展缓慢，无大中规模的应用开发经验。2021-01-04，国家发改委联合九部门印发《关于推进污水资源化利用的指导意见》，可以预计，在“十四五”期间，“再生水利用”将激发膜产业持续发展，由于我国污水资源化利用尚处于起步阶段，膜分离技术仍然具有较广阔的发展前景。因此，建议一方面加强膜分离技术开发研究，重点投入，扩大膜产业；另外，开展膜技术技术应用领域拓展，积极开展生态环境治理与修复，对我国生态治理效果提供先进的技术保证。