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【中國環保在線 名家論談】新加坡從上世紀70年代就開始了新生水領域的策劃和研究。但是，世界高品質水回用工廠---美國的21世紀水廠的投資和運行費用在當時太高，直到本世紀初新加坡才決定在座新生水采用雙膜工藝。新加坡勿洛新生水廠在2002年建成。而樟宜二期的新生水工藝認為是第二代NEWater主力工藝。
世界上大部分的污水回用技術是在污水處理達標排放的基礎上發展出來的。在污水處理發展的過程中，對出水中污染物種類和濃度的限值不斷提高，導致處理流程越來越長，而處理流程的增長造成了系統的穩定性降低，成本增加。新生水在污水處理的基礎上，又加入了微濾、RO和紫外的處理工藝，這樣一來流程就更長了。這也是新生水技術在介紹到中國初期大家對此技術的疑慮。
新加坡和世界其他的研究者們也注意到了長流程帶來的問題，因此新加坡已經開始解決這個問題，其思路是將傳統工藝中二級處理過程改成基于MBR改進的雙膜工藝，MBR直接反滲透，這個流程減少了原來工藝中的二沉池，并將曝氣池和微濾膜池合并，可以減少工程造價，節約用地，并有可能提高微濾出水的水質。
雖然MBR+RO的工藝路線比現有的工藝縮短了處理流程，但這個工藝與傳統的污水處理類似，仍然以降解污水中的各類物質為處理理念，屬于資源破壞型、能量消耗型的工藝，而且MBR本身也是一種能耗較高的污水處理技術。在前沿的研究中，McCarty等學者指出，污水中的物質不應該被當成廢物看待，而應該被當成是潛在的資源和能源物質，在對污水中物質的潛力進行估算后，McCarty提出，通過合適的工藝，有希望在污水處理過程中實現能量的產出。
短流程新生水工藝探索
我們團隊在短流程雙膜法的方向上進行了嘗試，具體的工藝路線是用超濾膜對生活污水中的物質進行濃縮，得到高濃度的濃縮液以便提升污水中能量和資源物質回收的效率。而經超濾膜過濾后的水經過RO膜的凈化后產出高品質回用水。相比MBR+RO的工藝，這一工藝的主要變化是通過物化手段膜濃縮提升物質回收效率。考慮到膜組件仍是這一工藝的核心單元，所以實現膜組件的穩定運行是非常關鍵的一步。
我們首先通過試驗來考察膜濃縮工藝的可行性。通過觀察一年的出水效果看出，該工藝具有非常低的出水COD(30-40mg/L)和SS濃度，同時具有較高的碳源回收率 (80-90%)，并且可以成功的控制膜污染。
而后在膜濃縮工藝中又對不同的污水、不同的運行參數、不同的濃縮倍數都進行了實驗，從出水水質和運行穩定性來看都取得了較好的處理結果。
將膜濃縮工藝與反滲透相互結合，構成“膜濃縮+反滲透”短程雙膜法工藝。通過對出水水質的測試，我們發現該工藝可以有效去除微污染物，對COD的處理達到了非常高的水平，所有檢測微污染物的總去除率都在91.5%(酮洛芬)以上，在原水中檢出的34種PPCPs物質中有24種去除率達到98%以上，其中12種在工藝終出水中未檢出。
團隊進一步進行能量核算，通過統計各工藝能量產耗比，并考慮以濃縮液中的碳源作為能源供給，膜濃縮+RO的短程雙膜法能夠大程度上實現節約能耗。
進一步的發展
綜上來看，資源回收型短流程雙膜法工藝膜濃縮可以富集污水中有機物，利于后續能量回收，同時起到預處理作用保證RO單元。基于PPCPs的水質分析證實微污染物可去除，雙膜保障高品質出水；整體工藝可通過濃縮液產能，進一步降低能耗。從水質保障和能耗水平的角度分析，我們團隊開發的短流程雙膜法工藝可以成為新生水改進工藝的可能方向的一步。
反滲透技術早起源于海水淡化脫鹽領域。借鑒過去半個世紀膜法海水淡化技術的發展歷程，科技創新不斷推動脫鹽能耗的降低。海淡單位能耗已經從早幾十度電下降到目前的3.5 kWh/m3。參照新加坡的發展目標，基于鹽度能、膜蒸餾、電吸附等新技術的應用，海淡能耗有望在短期內下降到1.5 kWh/m3，甚至基于水蛋白仿生膜等材料技術的新突破，在遠期達到更低的能耗(低于1 kWh/m3)。而對于鹽度遠低于海水的市政污水脫鹽領域，電吸附等新技術已經得到應用，未來新技術同樣有望推動實現更低的能耗。
污水資源化處理不僅僅聚焦能耗，還包括污水中其他物質的回收與利用，如氮元素。在目前先進技術V1.0以及短流程工藝V2.0的基礎上，實現污水中全元素回收利用的V3.0也在研究之中。基于膜技術實現大可能的有機物的回收，再通過電吸附-離子樹脂等實現氨氮富集及回收，富集后的有機物用于深加工或者厭氧產能，富集氨氮用于農肥加工等等，再結合目前已經實現部分工程化的磷回收技術，未來污水處理有望在獲得新生水的同時，實現有機物、氮、磷等全元素資源化回收與利用，推動污水處理行業的可持續發展，服務生態文明建設。
