平板陶瓷膜应用于医院废水处理的SWOT分析

张 伟 ，樊震坤 ，张 超

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

目前，新冠肺炎疫情（COVID-19）爆发并在全球不断蔓延，随着防控形势的不断升级，对医院废水（HWW）处理同样提出了更高的要求，医院废水处理用膜的品质也相应提高。由于医院废水成份复杂，对膜的通量、分离精度、耐腐蚀强度、耐微生物要求严格，而平板陶瓷膜膜生物反应器（MBR）工艺的优点，恰好可以满足其特殊要求。

1 平板陶瓷膜（FCM）

平板陶瓷膜（FCM）是近年来国际上开发的一种新型膜，兼具有机平板膜和管式陶瓷膜的优点，不但具有很好的物理性能和化学性能［1］，而且制造和运行成本低于管式陶瓷膜，能够方便快捷地实现大规模应用，被认为是一种很有前途的膜材料。在全球范围内，目前平板陶瓷膜的应用还远未达到预期的程度，国内外大多数陶瓷膜生产企业的核心产品仍以管式陶瓷膜为主，其应用领域多集中于发酵液、食品饮料、油水分离、氯碱化工等行业。平板陶瓷膜的出现让陶瓷膜有了更加广阔的施展天地，在医院废水、含油废水、造纸废水、皮革废水、地表水处理、海水淡化等相关领域的应用越来越多。

目前，从全球范围看，已经大规模应用的平板陶瓷膜主要有氧化铝、碳化硅等材质，其中，氧化铝平板陶瓷膜因性能优异、原料成本低、制造过程简单等优点更受用户青睐。除了对管式陶瓷膜的要求之外，平板陶瓷膜还需要具备的条件有：足够的热稳定性、机械强度高、外表面光洁度高、外形尺寸均匀一致、翘曲率低等［1］。

2 医院废水（HWW）

医院废水（HWW）是指医院（综合医院、专业病院及其它类型医院）向自然环境或城市管道排放的废水。其水质随不同的医院性质、规模和其所在地区而异。每张病床每天排放的废水量约为200L-1200L。

医院废水是一种非常特殊的混合污染物，包含药物活性化合物（PhACs）、重金属、洗涤剂、x射线造影剂和消毒剂，以及致病微生物，如病毒、细菌、真菌、原生动物和蠕虫等，其污染物具有高度传染性、有毒有害性、放射性等特征。据文献报道，医院废水中微污染物的浓度是市政废水的4～150倍［2］。因此，如果处理不当，让医院废水进入天然水体可能会导致水源性疾病，对公众健康造成威胁，其病原体传播和抗生素耐药性如果扩散到环境中，会对生态造成破坏作用。

3 膜生物反应器（MBR）

膜生物反应器（Membrane Bioreactor,简称MBR）是将膜分离技术与生物处理技术组合的废水处理工艺，具有以下特点：1）固液分离效率高；2）生化反应速度快；3）可有效去除氨氮及有机物；4）允许微生物更长的停留时间，更适合去除微污染；5）污泥产量少；6）管理方便，易于实现自动控制；7）占地面积小，易于改造等［3］。

MBR在形式上分为加压分置式和一体浸没式，其中一体浸没式MBR因占地紧凑、过滤压差小、运行费用低最为常用。浸没式MBR膜组件用膜主要有平板膜和中空纤维膜两种结构形式，其中，平板膜具有组装简单、污染慢、污泥浓度高、跨膜压差低、易维护清洗、预处理要求相对低等优点。平板膜从膜材质角度可分为无机平板膜和有机平板膜，无机平板膜以陶瓷平板膜为主，有机平板膜以材质为PVDF（聚偏氟乙烯）最为常见。

进行有机废水处理时，几乎所有的有机物都是通过微生物处理分解的。膜组件被浸泡在活性污泥中，通过膜过滤来阻止SS（悬浮固体物），可在污泥不溢出的状况下，获得清澈的出水。活性污泥由于通过膜进行过滤分离，因此无需沉淀，节省了二沉池。还可以通过提高膜池中的MLSS（污泥浓度），同样容积的膜池能够处理更多的BOD成分。由于MBR可以完全实现泥水分离，从而保证了优良的出水水质和较高的污泥浓度。此外，膜还可以对废水进行消毒，保留致病微生物，减少抗生素耐药基因的释放，医院废水经过MBR工艺处理后，80%以上的病毒和90%以上的寄生虫卵被截留在污泥中［2］，所以，MBR是非常适合医院废水的处理方法。

4 SWOT分析

4.1 优势（Strengths）

（1）与有机膜不同，平板陶瓷膜对臭氧和紫外线不敏感，可以与臭氧、紫外线等工艺同时使用。臭氧作为强氧化剂，可以用来消毒，同时还能够消除膜污染，提高通量，减少清洗频率，提高系统的运行效率。另外，由于平板陶瓷膜的出水具有无颗粒、低浊度、低SAC254吸附值等优点，可以提高紫外线法的可靠性和有效性；

（2）不论是中空纤维膜还是平板膜，只要是有机膜材料，在成分复杂医院废水中的应用中存在着寿命短、维护频率高、难再生、出水水质欠佳等不足，平板陶瓷膜恰好可以弥补上述不足；

（3）与平板有机膜比较，平板陶瓷膜可以在高温有化学腐蚀条件下运行，并且能够直接采用渗透液反向清洗，节约膜的再生时间，减少洗膜药剂量，并因为陶瓷材料的天然亲水性，实际通量是有机平板膜的2～5倍；

（4）平板陶瓷膜MBR能够有效地节省消毒剂的消耗（加氯量可降低至1.0mg/L），缩短反应时间（约1.5min），为传统污水处理工艺的2.5～5%，并使微生物失活。还能够在低剂量的消毒剂和较少的消毒副产物（DBPs）的情况下提高废水的消毒效果。另外，当处理量超过1000m3/d时，系统的运营成本将会急剧下降［2］。

4.2 劣势（Weaknesses）

（1）平板陶瓷膜烧结成本和原材料的成本的居高不下，导致市场销售价格高，这是平板陶瓷膜最大的缺点；

（2）平板陶瓷膜采用板框式结构，膜元件间距可任意调整，其装填密度尽管比管式膜高，但仍低于中空纤维膜；

（3）MBR在COD、营养物和除菌方面提供了良好的出水水质，在药物去除方面，MBR对生物可降解性高的化合物（如扑热息痛、抗生素）的去除效率也最高，但对难降解的其它化合物的去除效率偏低；

（4）平板陶瓷膜作为较新的膜品种，工程公司技术人对膜的特点缺乏足够的了解，增大了市场推广阻力。

4.3 机会（Opportunities）

（1）发达国家医院的水的消耗量从每天每床400L至1200L不等，而发展中国家的消耗量为每天每床200L至400L，随着经济的发展，医院废水的处理量也会相应增加；

（2）具有高度传染性的新冠肺炎（COVID-19）疫情在全世界的快速蔓延，需要大量的传染病医院提供治疗场所。疫情期间，中国国家住建部水专项的权威专家们建议从国家层面加强病毒等病原微生物的防控，对医院废水的处理提出了更高的要求，为平板陶瓷膜的应用提供了契机；

（3）近十年来，中国的医院总数增加了近一倍，医院产生的废水约占城市污水总量的1%。国家仍在不断加强环境保护的执法力度，严格执行《医疗机构水污染排放标准》（GB18466-2005），大量医院特别是传染病医院的污水处理系统需要升级改造；

（4）随着平板陶瓷膜的应用领域越来越广泛，市场的用量也在大幅增长，生产企业通过扩大产能，规模效应使制造成本下降，促进销售增长，形成良性循环。

4.4 威胁（Threats）

（1）原来只生产管式陶瓷膜企业和原材料的供应商也加入生产平板陶瓷膜的队伍，新的同行数量不断增加，为客户提供了更多的选择，增强了客户的议价能力；

（2）尽管使用平板陶瓷膜有更高的通量，更低的能耗和更长的使用寿命，从长远来看，平板陶瓷膜的总拥有成本更低，但是，很多用户的决策者虽然认可平板陶瓷膜的优点，但从减少一次性投资的角度着想，而选择相对廉价的有机膜；

（3）市场中对平板陶瓷膜熟悉的工程设计、安装调试、运营维护的技术人员总体数量不足，减缓了市场推广的进程；

（4）少数供应商初期生产的平板陶瓷膜抗折强度低，导致膜元件易损，以及膜的涂层不完整，导致膜再生能力差等，影响了部分用户的使用信心。

5 结论

综上分析，结合平板陶瓷膜的特点及外部竞争环境，一方面，可以通过调整价格来促进需求，从而拉动进一步的自动化、规模化生产。另一方面，可以先通过自动化的使用，带动产能增加，利用规模效应降低单位生产成本，保证供应商的合理利润，实现企业可持续发展。

因为市场上存在大量廉价的有机膜，平板陶瓷膜的单位平方米的价格相对较高，在有机膜能够很好应用的领域，平板陶瓷膜应尽量不与有机膜正面竞争。目前阶段，可以充分把握新型冠状病毒肺炎（COVID-19）疫情在全球蔓延提供的窗口期，利用比较优势，重点加大在医院废水处理的市场推广力度，见图1。

图1 SWOT分析

随着环境污染的加剧，社会各界的环保意识不断增强，政府的环保管理要求不断提高，在包括医院废水、含油的工业废水在内的成份复杂、条件苛刻、对稳定性要求高的水处理领域中，平板陶瓷膜具有更高的通量、更低的能耗、更长的使用寿命、更低的长期总拥有成本等明显优势。市场应用可以逐步拓展，未来平板陶瓷膜必将会具有更加广阔的市场空间。