两增一减技术提升方向，解决“膜三贵”难题

MBR又称膜生物反应器（Membrane Bio-Reactor），是将活性污泥法与膜分离技术相结合的新型水处理技术。

什么是“膜三贵”？

传统对于MBR工艺的认知中认为，MBR工艺的优点是，出水标准高（可达到准三/四类水和回用水标准），占地面积小（占地面积不到传统工艺的一半）。但是业内认为MBR工艺也有三大劣势：投资高、运行成本高、换膜成本高，业内称之为“膜三贵”。目前，在国际上，膜材料和膜应用已经取得了巨大进步，“膜三贵”的问题已经得到了充分化解，两增一减技术提升在其中发挥了重要作用。

什么是两增一减?

MBR技术的进步方向可以归纳为两增一减：两增指的是膜通量大幅增加、膜寿命增加。也就意味着，处理同样量的污水，膜的占用面积越来越小，原材料的消耗量也会越来越少。一减指的是，膜的运行能耗减少，这就解决了买膜贵和用膜贵、换膜贵的问题。

如何增加膜通量、提升膜的使用寿命？

在MBR技术进步的探索过程中，膜孔径是很关键的因素之一。有专家认为，在MBR领域，普遍对膜孔径不是很关注，但是这个环节又是非常重要的。以0.1微米为界，0.1微米以上的是微滤，0.1微米以下是超滤。目前国际趋势是MBR工艺的膜孔径会越做越小，如国际的一线膜品牌都把膜孔径做到了0.03微米左右，宫奇环境的膜产品平均孔径也都做到了0.03微米。之所以把膜孔径做的这么小，主要是考虑到细菌的尺寸，细菌的尺寸一般大于0.2微米，将膜孔径平均控制在0.03微米，主要是考虑孔径要小于细菌在膜抽吸过程中的收缩直径，一旦细菌穿过膜孔就会在膜孔内部繁殖筑巢，引起滤膜不可恢复性的污染。

很多时候，滤膜达到最终的使用寿命，并不是因为膜的机械性破损，大多数情况是因为不可恢复性的膜污染导致膜产水量的衰减，即使通过频繁的药洗，膜通量都不能回归到原来的状态。

因此采用小孔径超滤，在MBR系统中可以大幅延长滤膜的使用寿命，同时膜孔径做小，药剂成本也可以节约一半。

 

关于膜通量指标的提高，行业有两种技术路线：一种是把膜孔做大。膜孔径做大，纯水通量高，但在污水中高通量就不可持续、流量弹性小（平均膜通量<20LMH，峰值膜通量<25LMH），同时，膜通量衰减较快，膜使用寿命较短（生活污水 5~7年）。

第二种方式是把膜孔做小，但开孔率提高。孔径小且均匀、开孔率高，不仅纯水通量高，污水中高通量也可持续、流量弹性大（平均膜通量25~30LMH， 峰值膜通量<55LMH），膜通量衰减也变慢，膜使用寿命长（生活污水 10~15年）。

如何降低膜的运行能耗？

从传统MBR工艺污水厂全厂各部分电耗占比来看，膜系统的电耗甚至占到了全厂电耗的一半。而从传统MBR膜系统各部分电耗占比来看，膜吹扫曝气鼓风机占比达到了75%。由此可看出，膜吹扫曝气是整个MBR工艺污水厂用电量最大的部分。

 

1、降低膜的气水比

控制膜运行能耗的一个关键问题就是如何降低膜的气水比。影响膜吹扫气水比的因素有：膜装填密度、膜通量高低、膜吹扫曝气形式。由此，世浦泰推出了膜吹扫节能脉冲曝气系统，传统MBR中空纤维膜（配套穿孔管曝气），膜吹扫气水比为 8:1~12:1。宫奇环境高通量MBR中空纤维膜（配套节能脉冲曝气器），可以将膜吹扫气水比控制在 3:1~3.5:1。

 

那么，关于膜曝气能耗高的问题，行业也在讨论，是不是采用振动膜技术会好些呢？

事实上，振动膜技术在国外已经历经了30年的发展，但仍未进入实质性的商业化应用。经过研究认为，如果达到与曝气吹扫相同的擦洗效果，需要高频振动，而高频振动能耗高于曝气吹扫方式；低频振动无法达到曝气吹扫相同的擦洗效果，采用低频振动方式虽然可能实现较低的运行能耗，但是以牺牲膜通量和膜池污泥浓度为代价的。

2、降低膜产水能耗

从膜系统吨水电耗占比看，膜产水泵电耗占比达20%，控制膜运行能耗的另一个关键问题是如何降低膜产水能耗。在某市政污水项目中持续运行瞬时膜通量31LMH，完全依靠的是膜重力产水，只是在峰值的时候偶尔会启动产水泵，这样可以节省0.04度电。

3、MBR工艺优化

除了膜系统本身，其实膜工艺也有很大的优化空间。通常行业采用最多的A2O- MBR，从功能上看没有问题，但膜系统的三段回流，意味着能耗比较高，现在国际上技术发展方向更倾向于一段回流，可有效降低回流的能耗。另外，新加坡某污水厂采用五段AO-MBR工艺，全厂吨水电耗仅0.27kwh。

05“333”引领膜行业变革，为MBR书写更广阔的应用场景

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。这个目标的达成，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、出水好的优势依然保留，届时行业将会重新定义。”

处理规模5万吨/天的市政污水处理厂项目中，可以将出水标准做到准四标准，与传统A2O工艺以及传统MBR工艺相比，新MBR工艺的吨水电耗已经基本持平，甚至更低。建设成本方面，20年生命周期综合成本对比来看，已经持平或更低。

 

很多人关注点在于，在未来的技术产品化以及高质量发展的背景下，未来MBR的应用方向是什么？其实产品本身的优化很关键，即产品本身的精进，比如推出一款更高通量的膜，气水比降到2：1，或者更高。另外一方面，任何产品都离不开工艺，MBR工艺本身也有优化的空间，目前的一个研究实验，厌氧氨氧化和MBR工艺相结合的研究，已经取得了非常好的效果，将会有更多的应用场景，这样产品本身就有更多的运作空间。

MBR技术的进步，也必然引发污水处理行业趋势的变化。从目前政策和市场发展趋势来看，对于MBR工艺的需求正在提升。2021年，十部委推出《关于推进污水资源化利用的指导意见》，明确提升地级市污水资源化比例要求。其次，排放标准不断提高，以及土地资源紧张、邻避效应等问题突出。市场对地埋式污水厂的大力推进，以及污水厂原位扩能提标需求、新型污染物去除需求的提升等等，都促进了对MBR工艺的需求。另一方面，技术进步也会促进MBR工艺的优化，包括高性能膜材料（高通量、长寿命）、大规模自动化生产降低成本、膜应用节能降耗技术（膜吹扫脉冲曝气技术、膜重力产水技术）等，随着高性能膜产品和技术的推广，将改变行业的天平。

 

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