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MBR又稱膜生物反應(yīng)器（Membrane Bio-Reactor），是將活性污泥法與膜分離技術(shù)相結(jié)合的新型水處理技術(shù)。

什么是“膜三貴”？

傳統(tǒng)對于MBR工藝的認(rèn)知中認(rèn)為，MBR工藝的優(yōu)點(diǎn)是，出水標(biāo)準(zhǔn)高（可達(dá)到準(zhǔn)三/四類水和回用水標(biāo)準(zhǔn)），占地面積?。ㄕ嫉孛娣e不到傳統(tǒng)工藝的一半）。但是業(yè)內(nèi)認(rèn)為MBR工藝也有三大劣勢：投資高、運(yùn)行成本高、換膜成本高，業(yè)內(nèi)稱之為“膜三貴”。目前，在國際上，膜材料和膜應(yīng)用已經(jīng)取得了巨大進(jìn)步，“膜三貴”的問題已經(jīng)得到了充分化解，兩增一減技術(shù)提升在其中發(fā)揮了重要作用。

什么是兩增一減?

MBR技術(shù)的進(jìn)步方向可以歸納為兩增一減：兩增指的是膜通量大幅增加、膜壽命增加。也就意味著，處理同樣量的污水，膜的占用面積越來越小，原材料的消耗量也會越來越少。一減指的是，膜的運(yùn)行能耗減少，這就解決了買膜貴和用膜貴、換膜貴的問題。

如何增加膜通量、提升膜的使用壽命？

在MBR技術(shù)進(jìn)步的探索過程中，膜孔徑是很關(guān)鍵的因素之一。有專家認(rèn)為，在MBR領(lǐng)域，普遍對膜孔徑不是很關(guān)注，但是這個環(huán)節(jié)又是非常重要的。以0.1微米為界，0.1微米以上的是微濾，0.1微米以下是超濾。目前國際趨勢是MBR工藝的膜孔徑會越做越小，如國際的一線膜品牌都把膜孔徑做到了0.03微米左右，宮奇環(huán)境的膜產(chǎn)品平均孔徑也都做到了0.03微米。之所以把膜孔徑做的這么小，主要是考慮到細(xì)菌的尺寸，細(xì)菌的尺寸一般大于0.2微米，將膜孔徑平均控制在0.03微米，主要是考慮孔徑要小于細(xì)菌在膜抽吸過程中的收縮直徑，一旦細(xì)菌穿過膜孔就會在膜孔內(nèi)部繁殖筑巢，引起濾膜不可恢復(fù)性的污染。

很多時候，濾膜達(dá)到最終的使用壽命，并不是因?yàn)槟さ臋C(jī)械性破損，大多數(shù)情況是因?yàn)椴豢苫謴?fù)性的膜污染導(dǎo)致膜產(chǎn)水量的衰減，即使通過頻繁的藥洗，膜通量都不能回歸到原來的狀態(tài)。

因此采用小孔徑超濾，在MBR系統(tǒng)中可以大幅延長濾膜的使用壽命，同時膜孔徑做小，藥劑成本也可以節(jié)約一半。

關(guān)于膜通量指標(biāo)的提高，行業(yè)有兩種技術(shù)路線：一種是把膜孔做大。膜孔徑做大，純水通量高，但在污水中高通量就不可持續(xù)、流量彈性?。ㄆ骄ね?20LMH，峰值膜通量<25LMH），同時，膜通量衰減較快，膜使用壽命較短（生活污水 5~7年）。

第二種方式是把膜孔做小，但開孔率提高?？讖叫∏揖鶆?、開孔率高，不僅純水通量高，污水中高通量也可持續(xù)、流量彈性大（平均膜通量25~30LMH， 峰值膜通量<55LMH），膜通量衰減也變慢，膜使用壽命長（生活污水 10~15年）。

如何降低膜的運(yùn)行能耗？

從傳統(tǒng)MBR工藝污水廠全廠各部分電耗占比來看，膜系統(tǒng)的電耗甚至占到了全廠電耗的一半。而從傳統(tǒng)MBR膜系統(tǒng)各部分電耗占比來看，膜吹掃曝氣鼓風(fēng)機(jī)占比達(dá)到了75%。由此可看出，膜吹掃曝氣是整個MBR工藝污水廠用電量的部分。

1、降低膜的氣水比

控制膜運(yùn)行能耗的一個關(guān)鍵問題就是如何降低膜的氣水比。影響膜吹掃氣水比的因素有：膜裝填密度、膜通量高低、膜吹掃曝氣形式。由此，世浦泰推出了膜吹掃節(jié)能脈沖曝氣系統(tǒng)，傳統(tǒng)MBR中空纖維膜（配套穿孔管曝氣），膜吹掃氣水比為 8:1~12:1。宮奇環(huán)境高通量MBR中空纖維膜（配套節(jié)能脈沖曝氣器），可以將膜吹掃氣水比控制在 3:1~3.5:1。

那么，關(guān)于膜曝氣能耗高的問題，行業(yè)也在討論，是不是采用振動膜技術(shù)會好些呢？

事實(shí)上，振動膜技術(shù)在國外已經(jīng)歷經(jīng)了30年的發(fā)展，但仍未進(jìn)入實(shí)質(zhì)性的商業(yè)化應(yīng)用。經(jīng)過研究認(rèn)為，如果達(dá)到與曝氣吹掃相同的擦洗效果，需要高頻振動，而高頻振動能耗高于曝氣吹掃方式；低頻振動無法達(dá)到曝氣吹掃相同的擦洗效果，采用低頻振動方式雖然可能實(shí)現(xiàn)較低的運(yùn)行能耗，但是以犧牲膜通量和膜池污泥濃度為代價的。

2、降低膜產(chǎn)水能耗

從膜系統(tǒng)噸水電耗占比看，膜產(chǎn)水泵電耗占比達(dá)20%，控制膜運(yùn)行能耗的另一個關(guān)鍵問題是如何降低膜產(chǎn)水能耗。在某市政污水項(xiàng)目中持續(xù)運(yùn)行瞬時膜通量31LMH，依靠的是膜重力產(chǎn)水，只是在峰值的時候偶爾會啟動產(chǎn)水泵，這樣可以節(jié)省0.04度電。

3、MBR工藝優(yōu)化

除了膜系統(tǒng)本身，其實(shí)膜工藝也有很大的優(yōu)化空間。通常行業(yè)采用最多的A2O- MBR，從功能上看沒有問題，但膜系統(tǒng)的三段回流，意味著能耗比較高，現(xiàn)在國際上技術(shù)發(fā)展方向更傾向于一段回流，可有效降低回流的能耗。另外，新加坡某污水廠采用五段AO-MBR工藝，全廠噸水電耗僅0.27kwh。

05“333”膜行業(yè)變革，為MBR書寫更廣闊的應(yīng)用場景

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(yùn)行的膜通量達(dá)到30LMH，膜吹掃氣水比降至3：1以下，MBR工藝污水廠全廠運(yùn)行噸水電耗降至0.3kwh/m³以下。這個目標(biāo)的達(dá)成，意味著MBR工藝實(shí)現(xiàn)了與傳統(tǒng)工藝相同甚至更低的投資成本、運(yùn)行成本和全生命周期綜合成本，而MBR工藝占地省、出水好的優(yōu)勢依然保留，屆時行業(yè)將會重新定義。”

處理規(guī)模5萬噸/天的市政污水處理廠項(xiàng)目中，可以將出水標(biāo)準(zhǔn)做到準(zhǔn)四標(biāo)準(zhǔn)，與傳統(tǒng)A2O工藝以及傳統(tǒng)MBR工藝相比，新MBR工藝的噸水電耗已經(jīng)基本持平，甚至更低。建設(shè)成本方面，20年生命周期綜合成本對比來看，已經(jīng)持平或更低。

很多人關(guān)注點(diǎn)在于，在未來的技術(shù)產(chǎn)品化以及高質(zhì)量發(fā)展的背景下，未來MBR的應(yīng)用方向是什么？其實(shí)產(chǎn)品本身的優(yōu)化很關(guān)鍵，即產(chǎn)品本身的精進(jìn)，比如推出一款更高通量的膜，氣水比降到2：1，或者更高。另外一方面，任何產(chǎn)品都離不開工藝，MBR工藝本身也有優(yōu)化的空間，目前的一個研究實(shí)驗(yàn)，厭氧氨氧化和MBR工藝相結(jié)合的研究，已經(jīng)取得了非常好的效果，將會有更多的應(yīng)用場景，這樣產(chǎn)品本身就有更多的運(yùn)作空間。

MBR技術(shù)的進(jìn)步，也必然引發(fā)污水處理行業(yè)趨勢的變化。從目前政策和市場發(fā)展趨勢來看，對于MBR工藝的需求正在提升。2021年，十部委推出《關(guān)于推進(jìn)污水資源化利用的指導(dǎo)意見》，明確提升地級市污水資源化比例要求。其次，排放標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，以及土地資源緊張、鄰避效應(yīng)等問題突出。市場對地埋式污水廠的大力推進(jìn)，以及污水廠原位擴(kuò)能提標(biāo)需求、新型污染物去除需求的提升等等，都促進(jìn)了對MBR工藝的需求。另一方面，技術(shù)進(jìn)步也會促進(jìn)MBR工藝的優(yōu)化，包括高性能膜材料（高通量、長壽命）、大規(guī)模自動化生產(chǎn)降低成本、膜應(yīng)用節(jié)能降耗技術(shù)（膜吹掃脈沖曝氣技術(shù)、膜重力產(chǎn)水技術(shù)）等，隨著高性能膜產(chǎn)品和技術(shù)的推廣，將改變行業(yè)的天平。