再谈MBR：破局的金钥匙，“333”还有多远？
时间：2022-09-01 09:34
来源：中国水网
作者：绿茵陈
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市政污水处理走到现在面临两个重要问题：城市水环境容量问题、污水资源化问题。有没有可能以并不高昂的成本解决这两个问题？现在行业里最聪明的人都在思考，能不能找到足够好的办法，既能改善生态环境，提高人民的幸福指数，又能提升污水再生利用率？最好还能在超标准完成任务的基础上，不增加费用。
当前的污水处理行业已经发展到了从粗放走向精细化的阶段，需要也能够做到样样切开来，放到天平上称一称：到底哪一种工艺从成本、从水质、从环境效益来看是最优的。
目录
再谈MBR：破局的金钥匙， “333”还有多远？
“333”破解“膜三贵”
第一个“3”目标：膜通量告别“精神内耗”
第二个“3”目标：气水比降低，“电老虎”也会变
第三个“3”目标：吨水电耗回归平民
结语：“333”是打开未来之门的金钥匙
市政污水处理走到现在面临两个重要问题：城市水环境容量问题、污水资源化问题。有没有可能以并不高昂的成本解决这两个问题？现在行业里最聪明的人都在思考，能不能找到足够好的办法，既能改善生态环境，提高人民的幸福指数，又能提升污水再生利用率？最好还能在超标准完成任务的基础上，不增加费用。
当前的污水处理行业已经发展到了从粗放走向精细化的阶段，需要也能够做到样样切开来，放到天平上称一称：到底哪一种工艺从成本、从水质、从环境效益来看是最优的。
“333”破解“膜三贵”
MBR是其中一个选项。考虑到水回用，MBR优势明显，因为其出水直接达到回用标准。而且它的出水，对于解决黑臭问题也是有很好效果的。MBR的劣势也很明显，“膜三贵”大家都知道：买膜贵（投资高）、用膜贵（运行成本高）、换膜贵（寿命短）。
8月初，E20水网固废网发表了《污水处理MBR再次走到变革前夜，时代呼唤破局者登台》的行业论述文章，沉寂良久的MBR行业掀起了热烈的讨论。针对“膜三贵”，提出的“333”目标能否实现呢？大家是有疑惑的。
在文章的留言区有一则评论提到：“‘333’目标要是实现，那就没有其他工艺什么事了，太难了！” 一位膜行业资深专家也说：“太难了！目标的实现不仅仅涉及到膜组器应用层面的提升，更重要的是需要上游膜材料领域的颠覆性创新。”
“究竟有多难？”MBR真实的现状水平和发展动态，距离目标还有多远？怀着好奇，通过走访、调研和信息收集等方式，我们想进一步弄清楚。
我们再回头看一下这个“333”目标：对于日处理规模万吨级以上的城镇污水处理厂而言，能够持续稳定运行的膜通量达到30LMH，膜吹扫气水比降至3：1以下，MBR工艺污水厂全厂运行吨水电耗降至0.3kwh/m³以下。
专业人士认为，“333”目标的达成，意味着MBR工艺实现了与传统工艺相同甚至更低的投资成本、运行成本和全生命周期综合成本，而MBR工艺占地省、出水可直接回用的优势依然保留，届时行业将会重新定义。
第一个“3”目标：膜通量告别“精神内耗”
第一个目标是关于膜通量。膜通量指的是污水环境中单位膜面积的可持续产水能力，指的是每平方米膜每小时可以产多少升水，这个指标代表着膜产水效率的高低。
膜通量可能是MBR工艺污水厂的厂长吐槽最多的地方之一，设备采购时说好的15~18LMH膜通量，可用了两年左右，膜通量就衰减到10~14LMH，设计的5万吨/天的污水厂的实际产能，只能降低到4万吨/天甚至更低。一般膜池土建设计有10~20%预留膜位，膜厂家像计划好的一样，到点启动二次销售，让用户再买一些膜把空位填满。
所以对用户来说，有意义的是可持续的膜通量。可持续膜通量越高，意味着处理相同规模的污水，用的膜面积越少，膜投资成本会降低，膜池的土建也会小，吨水膜吹扫的曝气量也会小。简单地说，膜通量高可化解“膜三贵”中的买膜贵和用膜贵痛点，也有助于减少膜生产制造环节的碳排放和能源消耗。
另一方面，可持续的膜通量与膜的使用寿命相关。膜的使用寿命到期，往往并不是机械结构损坏，而是膜通量出现了不可逆的衰减，频繁药洗也难以维持住通量。
孔径大于100nm微滤膜的普遍寿命在5年左右，行业内已出现将膜孔尽可能做小的趋势。早期欧美市场MBR也曾广泛使用微滤膜，而近十年已完成了30~40 nm超滤膜对微滤膜的全面替代，这使得欧美市场的MBR膜的使用寿命大幅提升。
8月在业内的一个研讨会上，苏伊士的罗敏博士做了《可持续的LEAPmbr实现污水厂升级改造》的报告，提到在欧美市政领域MBR超滤膜的平均寿命已达到12.5年。
此外，在欧美很多项目中，超滤膜还经常在雨季按晴天流量的150~200%的通量运行，具有非常好的流量弹性，这对于污水厂应对雨季峰值流量和水体溢流污染控制，具有良好的应用价值。随着越来越多的膜厂家将孔径小于50nm的超滤膜应用于MBR，膜的使用寿命会越来越长。
膜孔径均匀且开孔率高有助于提升可持续膜通量。2021年10月开始实施的《室外排水设计标准》，已经将MBR设计平均膜通量高值提高到25LMH。
关于膜通量，多个膜厂家曾提到市政污水厂MBR膜设备招标中常遇到的困惑：“国内招标文件经常会要求平均膜通量小于多少，例如≤15LMH（即对应的膜面积不能少于多少平米），生怕供应商少给膜，而在海外项目投标中，招标文件经常要求平均膜通量≥26或27LMH。有经验的用户非常清楚优质膜应该达到的膜通量，膜通量取值低意味着需要更多面积的膜，即使膜厂家不增加膜费用，对客户来说也意味需要更多的膜池占地面积和土建投资，更多的膜吹扫鼓风机投资和膜运行能耗，吨水成本更高。”
据了解，苏伊士（原GE）、科氏和世浦泰等在海外市政污水项目的运行平均膜通量多在25~28LMH。此外，世浦泰正在进行平均膜通量30~35 LMH的多个万吨级MBR项目测试验证。近些年来，国内也有较多膜厂家的膜通量性能得到了大幅提升，例如，碧水源推出了第四代S-MBRU膜组器，其膜通量和膜吹扫气水比等关键技术性能，相比其第三代组器均有大幅提升。
MBR膜行业的第一个“3”目标时代已经到来。
第二个“3”目标：气水比降低，“电老虎”也会变
膜的运行能耗，是MBR工艺污水厂的业主方和运营方经常抱怨的另一个点，而膜运行能耗占比最大的就是膜吹扫曝气鼓风机的能耗。
膜吹扫气水比越大，鼓风机运行能耗就越高。以往MBR膜高达8~12:1的气水比，差不多是好氧池曝气气水比的两倍左右，是MBR工艺污水厂全厂能耗最大的环节，被称之为“电老虎”。这样的高能耗导致一些用过膜的甲方“谈膜色变”。
膜吹扫气水比与膜通量、膜吹扫曝气方式和膜装填密度等三个因素均相关。
通过调研得知，随着大气泡节能脉冲曝气技术的推广，膜吹扫气量已大幅下降。例如，碧水源的第四代S-MBRU膜组器采用了大气泡脉冲曝气，膜吹扫气水比其第三代产品大幅下降，膜吹扫气水比从9:1降低至6:1以下，节能幅度明显，完全达到了相关领跑者标准气水比指标中的先进水平，该标准中气水比即是≤6：1。这反映出国内MBR膜产品在节能方面取得的巨大进步。
本月，中信环境技术的彭赞国博士在线上行业分享活动中，介绍了福州市福清融元污水厂案例，该厂凭借双层膜组器的高装填设计，及配套大气泡脉冲曝气，实现了美能膜的膜吹扫气水比近3:1。在采访中了解到，世浦泰也有多个项目的实际运行膜吹扫气水比达到了3:1以下。
看来，第二个“3”的目标也是可以实现的。
第三个“3”目标：吨水电耗回归平民
根据新加坡PUB公开的新加坡某MBR污水处理厂的运行数据，其全厂运行吨水电耗仅为0.27kwh/m³。
对于日处理规模万吨级以上的城镇污水处理厂，MBR工艺污水厂全厂运行吨水电耗如果能够降至0.3kwh/m³以下，就意味着基本达到了传统工艺相同的运行能耗，具有非常重要的意义。
如果要将MBR工艺污水厂的全厂吨水电耗控制在0.3kwh/m³以下，就需要将生化池与膜系统的合计吨水电耗控制在0.23kwh/m³以下，特别要控制好有节能潜力的三个关键环节的电耗。
一是膜吹扫曝气能耗需要控制在不超过0.04 kwh/m³，对应的需要将膜吹扫气水比控制在不超过3:1，同时采用磁悬浮、空气悬浮等节能型鼓风机。
二是降低回流泵能耗，区别于传统MBR工艺的三级回流方式（膜池回流至好氧池、好氧池回流至缺氧池、缺氧池回流至厌氧池），新加坡PUB公开的新加坡某MBR污水处理厂则采用的是一级回流方式。
在近期的行业研讨中，苏伊士的罗敏博士和世浦泰的白海龙总工均提到了对传统的MBR工艺进行优化，变三级回流为一级回流，大幅降低回流能耗，吨水电耗可控制在0.015kwh/m³以内。
三是好氧池曝气采用节能型的微孔曝气器等手段实现生化池曝气能耗的降低，节能型微孔曝气器在德国等欧洲国家应用较为广泛，国内一些污水厂近几年也已逐步开始应用，基于正常的市政污水进水水质，好氧池的曝气能耗可控制在0.11 kwh/m³以内甚至更低。
而其他的用电环节，包括厌缺氧池搅拌、膜产水泵、膜化学清洗等，通常吨水电耗合计在0.065kwh/m³左右。
因此，通过提升膜性能和系统工艺优化，即可以实现全厂吨水电耗0.3kwh/m³的目标。
此外，业内已有厂家在尝试MBR重力产水代替泵产水方式。如果膜重力产水将来能够得到应用推广，则膜系统的运行能耗还将会再降低0.03kwh/m³，更容易实现0.3kwh/m³甚至更低的吨水能耗。
结语：“333”是打开未来之门的金钥匙
通过访谈、调研、资料分析发现，“333”目标正在实现。最吸引人的是，吨水电耗到了0.3度电，意味着MBR工艺在电耗上已经和传统工艺基本持平，纠结成本的人可以放心了。
运营成本基本不增加的情况下，在现有污水处理厂的基础上，提标改造时采用MBR工艺，顺水推舟就可以实现污水资源化，有非常现实的意义。如果个别条件合适的厂子，再接上RO工艺，就可以直接比肩新加坡的新生水，作为城市的第二水源地了。
在这方面，我国的一些膜应用企业也在往前走。例如金科环境的唐山南堡污废水资源化项目，采用高效曝气生物滤池+超滤+反渗透+阳离子交换器的核心工艺，对含有高硫酸根、高硬度、有机物浓度高且生化性能差的化纤废水进行深度处理，生产出的高品质再生水出售给南堡经济开发区内三友集团化纤企业，实现“以水养水”，形成了环境企业真正的价值增值。
膜行业确实是今非昔比，通过全行业的持续努力，国际和国内膜材料和膜应用技术均取得了重大进步。“333”时代到来，那么“膜三贵”的行业痛点就会散去。
同时，我们也明显感受到MBR行业从业者想要摆脱过去那种“群膜乱舞”的局面，在当前低碳和高质量发展的背景下，都有一种迫切的心情，想要为污水处理及膜行业寻找出一条面向未来的道路。
在2022（第二十届）水业战略论坛上，E20环境平台首席合伙人傅涛提到了高质量发展时代环境产业的变革和发展方向。如何能够从需求侧促进膜厂家积极加大研发投入、通过技术创新提高产品性能，进而提升供给侧的能力和水平，避免劣币驱逐良币，是未来膜行业变革方向之一。
打开未来之门，场景值得憧憬。“333”目标实现了将会怎么样？“会为当前行业所面临的一些关键需求的满足和棘手痛点的解决，提供一把打开未来之门的金钥匙。”一位行业资深人士判断到。
就像锂电池之于电动汽车、LCD之于显示器，污水资源化、高标准再生水、土地集约化利用、雨季溢流污染控制、新兴污染物治理、出水生物安全性……这些行业的关键需求需要满足，棘手的痛点急待解决，让水行业的我们一直在努力的路上。MBR行业期待着变革，未来有太多需要探索，彷徨之中隐含着大道，金钥匙能否打开未来之门值得我们期待！
