平板陶瓷膜應用于醫(yī)院廢水處理的SWOT分析

張 偉 ，樊震坤 ，張 超

（1.上海硅苑膜科技有限公司，上海 200092；2.山東硅元膜材料科技有限公司，山東 淄博 25508）

目前，新冠肺炎疫情（COVID-19）爆發(fā)并在全球不斷蔓延，隨著防控形勢的不斷升級，對醫(yī)院廢水（HWW）處理同樣提出了更高的要求，醫(yī)院廢水處理用膜的品質也相應提高。由于醫(yī)院廢水成份復雜，對膜的通量、分離精度、耐腐蝕強度、耐微生物要求嚴格，而平板陶瓷膜膜生物反應器（MBR）工藝的優(yōu)點，恰好可以滿足其特殊要求。

1 平板陶瓷膜（FCM）

平板陶瓷膜（FCM）是近年來國際上開發(fā)的一種新型膜，兼具有機平板膜和管式陶瓷膜的優(yōu)點，不但具有很好的物理性能和化學性能［1］，而且制造和運行成本低于管式陶瓷膜，能夠方便快捷地實現(xiàn)大規(guī)模應用，被認為是一種很有前途的膜材料。在全球范圍內，目前平板陶瓷膜的應用還遠未達到預期的程度，國內外大多數(shù)陶瓷膜生產企業(yè)的核心產品仍以管式陶瓷膜為主，其應用領域多集中于發(fā)酵液、食品飲料、油水分離、氯堿化工等行業(yè)。平板陶瓷膜的出現(xiàn)讓陶瓷膜有了更加廣闊的施展天地，在醫(yī)院廢水、含油廢水、造紙廢水、皮革廢水、地表水處理、海水淡化等相關領域的應用越來越多。

目前，從全球范圍看，已經大規(guī)模應用的平板陶瓷膜主要有氧化鋁、碳化硅等材質，其中，氧化鋁平板陶瓷膜因性能優(yōu)異、原料成本低、制造過程簡單等優(yōu)點更受用戶青睞。除了對管式陶瓷膜的要求之外，平板陶瓷膜還需要具備的條件有：足夠的熱穩(wěn)定性、機械強度高、外表面光潔度高、外形尺寸均勻一致、翹曲率低等［1］。

2 醫(yī)院廢水（HWW）

醫(yī)院廢水（HWW）是指醫(yī)院（綜合醫(yī)院、專業(yè)病院及其它類型醫(yī)院）向自然環(huán)境或城市管道排放的廢水。其水質隨不同的醫(yī)院性質、規(guī)模和其所在地區(qū)而異。每張病床每天排放的廢水量約為200L-1200L。

醫(yī)院廢水是一種非常特殊的混合污染物，包含藥物活性化合物（PhACs）、重金屬、洗滌劑、x射線造影劑和消毒劑，以及致病微生物，如病毒、細菌、真菌、原生動物和蠕蟲等，其污染物具有高度傳染性、有毒有害性、放射性等特征。據(jù)文獻報道，醫(yī)院廢水中微污染物的濃度是市政廢水的4～150倍［2］。因此，如果處理不當，讓醫(yī)院廢水進入天然水體可能會導致水源性疾病，對公眾健康造成威脅，其病原體傳播和抗生素耐藥性如果擴散到環(huán)境中，會對生態(tài)造成破壞作用。

3 膜生物反應器（MBR）

膜生物反應器（Membrane Bioreactor,簡稱MBR）是將膜分離技術與生物處理技術組合的廢水處理工藝，具有以下特點：1）固液分離效率高；2）生化反應速度快；3）可有效去除氨氮及有機物；4）允許微生物更長的停留時間，更適合去除微污染；5）污泥產量少；6）管理方便，易于實現(xiàn)自動控制；7）占地面積小，易于改造等［3］。

MBR在形式上分為加壓分置式和一體浸沒式，其中一體浸沒式MBR因占地緊湊、過濾壓差小、運行費用低最為常用。浸沒式MBR膜組件用膜主要有平板膜和中空纖維膜兩種結構形式，其中，平板膜具有組裝簡單、污染慢、污泥濃度高、跨膜壓差低、易維護清洗、預處理要求相對低等優(yōu)點。平板膜從膜材質角度可分為無機平板膜和有機平板膜，無機平板膜以陶瓷平板膜為主，有機平板膜以材質為PVDF（聚偏氟乙烯）最為常見。

進行有機廢水處理時，幾乎所有的有機物都是通過微生物處理分解的。膜組件被浸泡在活性污泥中，通過膜過濾來阻止SS（懸浮固體物），可在污泥不溢出的狀況下，獲得清澈的出水?；钚晕勰嘤捎谕ㄟ^膜進行過濾分離，因此無需沉淀，節(jié)省了二沉池。還可以通過提高膜池中的MLSS（污泥濃度），同樣容積的膜池能夠處理更多的BOD成分。由于MBR可以完全實現(xiàn)泥水分離，從而保證了優(yōu)良的出水水質和較高的污泥濃度。此外，膜還可以對廢水進行消毒，保留致病微生物，減少抗生素耐藥基因的釋放，醫(yī)院廢水經過MBR工藝處理后，80%以上的病毒和90%以上的寄生蟲卵被截留在污泥中［2］，所以，MBR是非常適合醫(yī)院廢水的處理方法。

4 SWOT分析

4.1 優(yōu)勢（Strengths）

（1）與有機膜不同，平板陶瓷膜對臭氧和紫外線不敏感，可以與臭氧、紫外線等工藝同時使用。臭氧作為強氧化劑，可以用來消毒，同時還能夠消除膜污染，提高通量，減少清洗頻率，提高系統(tǒng)的運行效率。另外，由于平板陶瓷膜的出水具有無顆粒、低濁度、低SAC254吸附值等優(yōu)點，可以提高紫外線法的可靠性和有效性；

（2）不論是中空纖維膜還是平板膜，只要是有機膜材料，在成分復雜醫(yī)院廢水中的應用中存在著壽命短、維護頻率高、難再生、出水水質欠佳等不足，平板陶瓷膜恰好可以彌補上述不足；

（3）與平板有機膜比較，平板陶瓷膜可以在高溫有化學腐蝕條件下運行，并且能夠直接采用滲透液反向清洗，節(jié)約膜的再生時間，減少洗膜藥劑量，并因為陶瓷材料的天然親水性，實際通量是有機平板膜的2～5倍；

（4）平板陶瓷膜MBR能夠有效地節(jié)省消毒劑的消耗（加氯量可降低至1.0mg/L），縮短反應時間（約1.5min），為傳統(tǒng)污水處理工藝的2.5～5%，并使微生物失活。還能夠在低劑量的消毒劑和較少的消毒副產物（DBPs）的情況下提高廢水的消毒效果。另外，當處理量超過1000m3/d時，系統(tǒng)的運營成本將會急劇下降［2］。

4.2 劣勢（Weaknesses）

（1）平板陶瓷膜燒結成本和原材料的成本的居高不下，導致市場銷售價格高，這是平板陶瓷膜最大的缺點；

（2）平板陶瓷膜采用板框式結構，膜元件間距可任意調整，其裝填密度盡管比管式膜高，但仍低于中空纖維膜；

（3）MBR在COD、營養(yǎng)物和除菌方面提供了良好的出水水質，在藥物去除方面，MBR對生物可降解性高的化合物（如撲熱息痛、抗生素）的去除效率也最高，但對難降解的其它化合物的去除效率偏低；

（4）平板陶瓷膜作為較新的膜品種，工程公司技術人對膜的特點缺乏足夠的了解，增大了市場推廣阻力。

4.3 機會（Opportunities）

（1）發(fā)達國家醫(yī)院的水的消耗量從每天每床400L至1200L不等，而發(fā)展中國家的消耗量為每天每床200L至400L，隨著經濟的發(fā)展，醫(yī)院廢水的處理量也會相應增加；

（2）具有高度傳染性的新冠肺炎（COVID-19）疫情在全世界的快速蔓延，需要大量的傳染病醫(yī)院提供治療場所。疫情期間，中國國家住建部水專項的權威專家們建議從國家層面加強病毒等病原微生物的防控，對醫(yī)院廢水的處理提出了更高的要求，為平板陶瓷膜的應用提供了契機；

（3）近十年來，中國的醫(yī)院總數(shù)增加了近一倍，醫(yī)院產生的廢水約占城市污水總量的1%。國家仍在不斷加強環(huán)境保護的執(zhí)法力度，嚴格執(zhí)行《醫(yī)療機構水污染排放標準》（GB18466-2005），大量醫(yī)院特別是傳染病醫(yī)院的污水處理系統(tǒng)需要升級改造；

（4）隨著平板陶瓷膜的應用領域越來越廣泛，市場的用量也在大幅增長，生產企業(yè)通過擴大產能，規(guī)模效應使制造成本下降，促進銷售增長，形成良性循環(huán)。

4.4 威脅（Threats）

（1）原來只生產管式陶瓷膜企業(yè)和原材料的供應商也加入生產平板陶瓷膜的隊伍，新的同行數(shù)量不斷增加，為客戶提供了更多的選擇，增強了客戶的議價能力；

（2）盡管使用平板陶瓷膜有更高的通量，更低的能耗和更長的使用壽命，從長遠來看，平板陶瓷膜的總擁有成本更低，但是，很多用戶的決策者雖然認可平板陶瓷膜的優(yōu)點，但從減少一次性投資的角度著想，而選擇相對廉價的有機膜；

（3）市場中對平板陶瓷膜熟悉的工程設計、安裝調試、運營維護的技術人員總體數(shù)量不足，減緩了市場推廣的進程；

（4）少數(shù)供應商初期生產的平板陶瓷膜抗折強度低，導致膜元件易損，以及膜的涂層不完整，導致膜再生能力差等，影響了部分用戶的使用信心。

5 結論

綜上分析，結合平板陶瓷膜的特點及外部競爭環(huán)境，一方面，可以通過調整價格來促進需求，從而拉動進一步的自動化、規(guī)模化生產。另一方面，可以先通過自動化的使用，帶動產能增加，利用規(guī)模效應降低單位生產成本，保證供應商的合理利潤，實現(xiàn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

因為市場上存在大量廉價的有機膜，平板陶瓷膜的單位平方米的價格相對較高，在有機膜能夠很好應用的領域，平板陶瓷膜應盡量不與有機膜正面競爭。目前階段，可以充分把握新型冠狀病毒肺炎（COVID-19）疫情在全球蔓延提供的窗口期，利用比較優(yōu)勢，重點加大在醫(yī)院廢水處理的市場推廣力度，見圖1。

圖1 SWOT分析

隨著環(huán)境污染的加劇，社會各界的環(huán)保意識不斷增強，政府的環(huán)保管理要求不斷提高，在包括醫(yī)院廢水、含油的工業(yè)廢水在內的成份復雜、條件苛刻、對穩(wěn)定性要求高的水處理領域中，平板陶瓷膜具有更高的通量、更低的能耗、更長的使用壽命、更低的長期總擁有成本等明顯優(yōu)勢。市場應用可以逐步拓展，未來平板陶瓷膜必將會具有更加廣闊的市場空間。