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再談MBR:破局的金鑰匙,“333”還有多遠?

2022-09-01 09:05:01來源:中國水網 關鍵詞:MBR膜技術水處理閱讀量:12308

導讀:打開未來之門,場景值得憧憬。“333”目標實現了將會怎么樣?“會為當前行業(yè)所面臨的一些關鍵需求的滿足和棘手痛點的解決,提供一把打開未來之門的金鑰匙?!币晃恍袠I(yè)資深人士判斷到。
  目錄
 
  再談MBR:破局的金鑰匙, “333”還有多遠?
 
  “333”破解“膜三貴”
 
  第一個“3”目標:膜通量告別“精神內耗”
 
  第二個“3”目標:氣水比降低,“電老虎”也會變
 
  第三個“3”目標:噸水電耗回歸平民
 
  結語:“333”是打開未來之門的金鑰匙
 
  市政污水處理走到現在面臨兩個重要問題:城市水環(huán)境容量問題、污水資源化問題。有沒有可能以并不高昂的成本解決這兩個問題?現在行業(yè)里最聰明的人都在思考,能不能找到足夠好的辦法,既能改善生態(tài)環(huán)境,提高人民的幸福指數,又能提升污水再生利用率?最好還能在超標準完成任務的基礎上,不增加費用。
 
  當前的污水處理行業(yè)已經發(fā)展到了從粗放走向精細化的階段,需要也能夠做到樣樣切開來,放到天平上稱一稱:到底哪一種工藝從成本、從水質、從環(huán)境效益來看是最優(yōu)的。
 
  “333”破解“膜三貴”
 
  MBR是其中一個選項。考慮到水回用,MBR優(yōu)勢明顯,因為其出水直接達到回用標準。而且它的出水,對于解決黑臭問題也是有很好效果的。MBR的劣勢也很明顯,“膜三貴”大家都知道:買膜貴(投資高)、用膜貴(運行成本高)、換膜貴(壽命短)。
 
  8月初,E20水網固廢網發(fā)表了《污水處理MBR再次走到變革前夜,時代呼喚破局者登臺》的行業(yè)論述文章,沉寂良久的MBR行業(yè)掀起了熱烈的討論。針對“膜三貴”,提出的“333”目標能否實現呢?大家是有疑惑的。
 
  在文章的留言區(qū)有一則評論提到:“‘333’目標要是實現,那就沒有其他工藝什么事了,太難了!” 一位膜行業(yè)資深專家也說:“太難了!目標的實現不僅僅涉及到膜組器應用層面的提升,更重要的是需要上游膜材料領域的顛覆性創(chuàng)新。”
 
  “究竟有多難?”MBR真實的現狀水平和發(fā)展動態(tài),距離目標還有多遠?懷著好奇,通過走訪、調研和信息收集等方式,我們想進一步弄清楚。
 
  我們再回頭看一下這個“333”目標:對于日處理規(guī)模萬噸級以上的城鎮(zhèn)污水處理廠而言,能夠持續(xù)穩(wěn)定運行的膜通量達到30LMH,膜吹掃氣水比降至3:1以下,MBR工藝污水廠全廠運行噸水電耗降至0.3kwh/m³以下。
 
  專業(yè)人士認為,“333”目標的達成,意味著MBR工藝實現了與傳統(tǒng)工藝相同甚至更低的投資成本、運行成本和全生命周期綜合成本,而MBR工藝占地省、出水可直接回用的優(yōu)勢依然保留,屆時行業(yè)將會重新定義。
 
  第一個“3”目標:膜通量告別“精神內耗”
 
  第一個目標是關于膜通量。膜通量指的是污水環(huán)境中單位膜面積的可持續(xù)產水能力,指的是每平方米膜每小時可以產多少升水,這個指標代表著膜產水效率的高低。
 
  膜通量可能是MBR工藝污水廠的廠長吐槽最多的地方之一,設備采購時說好的15——18LMH膜通量,可用了兩年左右,膜通量就衰減到10——14LMH,設計的5萬噸/天的污水廠的實際產能,只能降低到4萬噸/天甚至更低。一般膜池土建設計有10——20%預留膜位,膜廠家像計劃好的一樣,到點啟動二次銷售,讓用戶再買一些膜把空位填滿。
 
  所以對用戶來說,有意義的是可持續(xù)的膜通量。可持續(xù)膜通量越高,意味著處理相同規(guī)模的污水,用的膜面積越少,膜投資成本會降低,膜池的土建也會小,噸水膜吹掃的曝氣量也會小。簡單地說,膜通量高可化解“膜三貴”中的買膜貴和用膜貴痛點,也有助于減少膜生產制造環(huán)節(jié)的碳排放和能源消耗。
 
  另一方面,可持續(xù)的膜通量與膜的使用壽命相關。膜的使用壽命到期,往往并不是機械結構損壞,而是膜通量出現了不可逆的衰減,頻繁藥洗也難以維持住通量。
 
  孔徑大于100nm微濾膜的普遍壽命在5年左右,行業(yè)內已出現將膜孔盡可能做小的趨勢。早期歐美市場MBR也曾廣泛使用微濾膜,而近十年已完成了30——40 nm超濾膜對微濾膜的全面替代,這使得歐美市場的MBR膜的使用壽命大幅提升。
 
  8月在業(yè)內的一個研討會上,蘇伊士的羅敏博士做了《可持續(xù)的LEAPmbr實現污水廠升級改造》的報告,提到在歐美市政領域MBR超濾膜的平均壽命已達到12.5年。
 
  此外,在歐美很多項目中,超濾膜還經常在雨季按晴天流量的150——200%的通量運行,具有非常好的流量彈性,這對于污水廠應對雨季峰值流量和水體溢流污染控制,具有良好的應用價值。隨著越來越多的膜廠家將孔徑小于50nm的超濾膜應用于MBR,膜的使用壽命會越來越長。
 
  膜孔徑均勻且開孔率高有助于提升可持續(xù)膜通量。2021年10月開始實施的《室外排水設計標準》,已經將MBR設計平均膜通量高值提高到25LMH。
 
  關于膜通量,多個膜廠家曾提到市政污水廠MBR膜設備招標中常遇到的困惑:“國內招標文件經常會要求平均膜通量小于多少,例如≤15LMH(即對應的膜面積不能少于多少平米),生怕供應商少給膜,而在海外項目投標中,招標文件經常要求平均膜通量≥26或27LMH。有經驗的用戶非常清楚優(yōu)質膜應該達到的膜通量,膜通量取值低意味著需要更多面積的膜,即使膜廠家不增加膜費用,對客戶來說也意味需要更多的膜池占地面積和土建投資,更多的膜吹掃鼓風機投資和膜運行能耗,噸水成本更高。”
 
  據了解,蘇伊士(原GE)、科氏和世浦泰等在海外市政污水項目的運行平均膜通量多在25——28LMH。此外,世浦泰正在進行平均膜通量30——35 LMH的多個萬噸級MBR項目測試驗證。近些年來,國內也有較多膜廠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膜組器,其膜通量和膜吹掃氣水比等關鍵技術性能,相比其第三代組器均有大幅提升。
 
  MBR膜行業(yè)的第一個“3”目標時代已經到來。
 
  第二個“3”目標:氣水比降低,“電老虎”也會變
 
  膜的運行能耗,是MBR工藝污水廠的業(yè)主方和運營方經常抱怨的另一個點,而膜運行能耗占比最大的就是膜吹掃曝氣鼓風機的能耗。
 
  膜吹掃氣水比越大,鼓風機運行能耗就越高。以往MBR膜高達8——12:1的氣水比,差不多是好氧池曝氣氣水比的兩倍左右,是MBR工藝污水廠全廠能耗最大的環(huán)節(jié),被稱之為“電老虎”。這樣的高能耗導致一些用過膜的甲方“談膜色變”。
 
  膜吹掃氣水比與膜通量、膜吹掃曝氣方式和膜裝填密度等三個因素均相關。
 
  通過調研得知,隨著大氣泡節(jié)能脈沖曝氣技術的推廣,膜吹掃氣量已大幅下降。例如,碧水源的第四代S-MBRU膜組器采用了大氣泡脈沖曝氣,膜吹掃氣水比其第三代產品大幅下降,膜吹掃氣水比從9:1降低至6:1以下,節(jié)能幅度明顯,完全達到了相關領跑者標準氣水比指標中的先進水平,該標準中氣水比即是≤6:1。這反映出國內MBR膜產品在節(jié)能方面取得的巨大進步。
 
  本月,中信環(huán)境技術的彭贊國博士在線上行業(yè)分享活動中,介紹了福州市福清融元污水廠案例,該廠憑借雙層膜組器的高裝填設計,及配套大氣泡脈沖曝氣,實現了美能膜的膜吹掃氣水比近3:1。在采訪中了解到,世浦泰也有多個項目的實際運行膜吹掃氣水比達到了3:1以下。
 
  看來,第二個“3”的目標也是可以實現的。
 
  第三個“3”目標:噸水電耗回歸平民
 
  根據新加坡PUB公開的新加坡某MBR污水處理廠的運行數據,其全廠運行噸水電耗僅為0.27kwh/m³。
 
  對于日處理規(guī)模萬噸級以上的城鎮(zhèn)污水處理廠,MBR工藝污水廠全廠運行噸水電耗如果能夠降至0.3kwh/m³以下,就意味著基本達到了傳統(tǒng)工藝相同的運行能耗,具有非常重要的意義。
 
  如果要將MBR工藝污水廠的全廠噸水電耗控制在0.3kwh/m³以下,就需要將生化池與膜系統(tǒng)的合計噸水電耗控制在0.23kwh/m³以下,特別要控制好有節(jié)能潛力的三個關鍵環(huán)節(jié)的電耗。
 
  一是膜吹掃曝氣能耗需要控制在不超過0.04 kwh/m³,對應的需要將膜吹掃氣水比控制在不超過3:1,同時采用磁懸浮、空氣懸浮等節(jié)能型鼓風機。
 
  二是降低回流泵能耗,區(qū)別于傳統(tǒng)MBR工藝的三級回流方式(膜池回流至好氧池、好氧池回流至缺氧池、缺氧池回流至厭氧池),新加坡PUB公開的新加坡某MBR污水處理廠則采用的是一級回流方式。
 
  在近期的行業(yè)研討中,蘇伊士的羅敏博士和世浦泰的白海龍總工均提到了對傳統(tǒng)的MBR工藝進行優(yōu)化,變三級回流為一級回流,大幅降低回流能耗,噸水電耗可控制在0.015kwh/m³以內。
 
  三是好氧池曝氣采用節(jié)能型的微孔曝氣器等手段實現生化池曝氣能耗的降低,節(jié)能型微孔曝氣器在德國等歐洲國家應用較為廣泛,國內一些污水廠近幾年也已逐步開始應用,基于正常的市政污水進水水質,好氧池的曝氣能耗可控制在0.11 kwh/m³以內甚至更低。
 
  而其他的用電環(huán)節(jié),包括厭缺氧池攪拌、膜產水泵、膜化學清洗等,通常噸水電耗合計在0.065kwh/m³左右。
 
  因此,通過提升膜性能和系統(tǒng)工藝優(yōu)化,即可以實現全廠噸水電耗0.3kwh/m³的目標。
 
  此外,業(yè)內已有廠家在嘗試MBR重力產水代替泵產水方式。如果膜重力產水將來能夠得到應用推廣,則膜系統(tǒng)的運行能耗還將會再降低0.03kwh/m³,更容易實現0.3kwh/m³甚至更低的噸水能耗。
 
  結語:“333”是打開未來之門的金鑰匙
 
  通過訪談、調研、資料分析發(fā)現,“333”目標正在實現。最吸引人的是,噸水電耗到了0.3度電,意味著MBR工藝在電耗上已經和傳統(tǒng)工藝基本持平,糾結成本的人可以放心了。
 
  運營成本基本不增加的情況下,在現有污水處理廠的基礎上,提標改造時采用MBR工藝,順水推舟就可以實現污水資源化,有非?,F實的意義。如果個別條件合適的廠子,再接上RO工藝,就可以直接比肩新加坡的新生水,作為城市的第二水源地了。
 
  在這方面,我國的一些膜應用企業(yè)也在往前走。例如金科環(huán)境的唐山南堡污廢水資源化項目,采用高效曝氣生物濾池+超濾+反滲透+陽離子交換器的核心工藝,對含有高硫酸根、高硬度、有機物濃度高且生化性能差的化纖廢水進行深度處理,生產出的高品質再生水出售給南堡經濟開發(fā)區(qū)內三友集團化纖企業(yè),實現“以水養(yǎng)水”,形成了環(huán)境企業(yè)真正的價值增值。
 
  膜行業(yè)確實是今非昔比,通過全行業(yè)的持續(xù)努力,國際和國內膜材料和膜應用技術均取得了重大進步。“333”時代到來,那么“膜三貴”的行業(yè)痛點就會散去。
 
  同時,我們也明顯感受到MBR行業(yè)從業(yè)者想要擺脫過去那種“群膜亂舞”的局面,在當前低碳和高質量發(fā)展的背景下,都有一種迫切的心情,想要為污水處理及膜行業(yè)尋找出一條面向未來的道路。
 
  在2022(第二十屆)水業(yè)戰(zhàn)略論壇上,E20環(huán)境平臺首席合伙人傅濤提到了高質量發(fā)展時代環(huán)境產業(yè)的變革和發(fā)展方向。如何能夠從需求側促進膜廠家積極加大研發(fā)投入、通過技術創(chuàng)新提高產品性能,進而提升供給側的能力和水平,避免劣幣驅逐良幣,是未來膜行業(yè)變革方向之一。
 
  打開未來之門,場景值得憧憬。“333”目標實現了將會怎么樣?“會為當前行業(yè)所面臨的一些關鍵需求的滿足和棘手痛點的解決,提供一把打開未來之門的金鑰匙。”一位行業(yè)資深人士判斷到。
 
  就像鋰電池之于電動汽車、LCD之于顯示器,污水資源化、高標準再生水、土地集約化利用、雨季溢流污染控制、新興污染物治理、出水生物安全性……這些行業(yè)的關鍵需求需要滿足,棘手的痛點急待解決,讓水行業(yè)的我們一直在努力的路上。MBR行業(yè)期待著變革,未來有太多需要探索,彷徨之中隱含著大道,金鑰匙能否打開未來之門值得我們期待!
 
  原標題:再談MBR:破局的金鑰匙,“333”還有多遠?
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