美能—MBR技术在中国大型污水项目中的应用进展

MBR技术从2004年开始在中国污水行业大规模应用至今，总处理已达1000万吨/日，单项目最大规模60万吨/日，10万吨级污水厂40余座，标志着MBR技术已成熟和被广泛接受。在排放标准日趋严厉和污水回用需求迅猛增加的今天，随着MBR性能的提升和成本的进一步下降，中国市政污水和工业污水MBR前景更加广阔。低成本、低能耗和长周期稳定运行将成为MBR膜品牌角逐利器。
       1 大规模MBR应用进展
        1.1 MBR工程应用发展
        从技术角度，MBR应用于工业污水处理难度要远远大于市政污水，但中国的大规模工业污水MBR应用要早于市政污水，可能与早期MBR成本较高有关。其应用始于20世纪90年代，主要经历了5个阶段。
        ①1990-2000年：小试、中试以及小规模示范工程。
        ②2000-2005年：中等规模应用（单个工程规模达千吨/日级，工业为主），技术成长阶段，技术与设计由工程公司提供。
        ③2006-2010年：大规模应用（工业污水单个工程规模达1万吨/日以上，市政污水达10万吨/日以上），技术高速发展阶段，常常由工程公司与设计院联合设计。
        ④2011-2015年：应用规模不断扩大（工业污水单个工程规模达5万吨/日以上，市政污水达20万吨/日以上），虽然仍存在一些问题，但总体上技术趋于成熟，成本下降。
        ⑤2016年至今：应用技术完全成熟，处理规模不受限制。投资和运行成本合理，运行稳定，膜寿命长，操作方便和服务良好成为用户的选择标准。一般由膜供货商提供标准操作条件，工程公司提供工艺包或工艺参数，设计院进项全面设计。
        1.2 MBR工程应用处理量
        过去十年，随着中国的城市化稳步推进和经济的平稳发展，国家和人民对水环境的要求和认识不断提高，MBR应用增长较快。1万吨/日以上MBR工程应用复合增长率超过30%，远远高于其它主流污水处理技术应用的增长速度。
        1.3 大型MBR工程应用项目
        过去十年，日处理量10万吨大型MBR涌现。笔者根据网站和文献资料为基础，查阅主要膜供货商网站信息进行增补，并对各10万吨/日及以上规模MBR项目进行用户或设计院全面咨询，删除部分用户证实未投产项目和规模不到10万吨的项目信息，无一例外，10万吨级MBR污水厂全部采用PVDF中空纤维膜。
        1.4 大型MBR项目膜生产商
        碧水源膜、Memstar、Zenon三家合计占据90%市场，其中碧水源居首，Memstar紧随其后，处理量前三甲膜生产商进行了趋势分析，碧水源14年左右迎来发展巅峰，Zenon和Memstar膜14年开始飞速发展。近三年10万吨/日以上已投产MBR项目Memstar占据50%市场，碧水源与Zenon共占50%。碧水源与Zenon膜主营市政污水，Memstar膜同时应用于市政污水和工业污水。
        2 MBR投资与运行费用状况
        2.1 MBR投资状况
        膜工艺投资成本主要取决于膜单价和膜通量等性能、膜配套设施、其他设施。进展最大的是膜单价下降和膜性能提升，其次是膜配套工艺设施的技术、设计和产品的优化升级，导致总体成本下降和性能提升，其他设施投资变化不大。对于MBR应用最广泛的PVDF中空纤维膜和知名膜供货商，PVDF膜造价从10年前的300-600元/平方米左右下降至现在的100-250元/平米，相同品牌的进口膜高于国内生产膜的20-40%。尽各膜供货商的产品性能差异很大，但各家供货商的膜性能较10年前均已有大幅度提升。有些公司选择了较高的设计通量提升市场竞争力，有些公司选择了较为保守的膜通量，以追求运行平稳和应对无法避免的来水水质、水量负荷波动以及较高MLSS环境。
        2.2 MBR运行费用状况
        MBR的运行成本包括能耗、药剂、污泥处置、社保维护、人工费等日常费用，不少用户将膜更换也归于运行成本。早期膜技术不成熟，洗膜等操作强度大，膜系统维护技术人员缺乏，人工费略高于传统工艺，近期二者持平。因MBR流程短，设备少，自动化程度高，人工费终将大幅度少于传统工艺。MBR膜以外的设备造价远远低于传统工艺，因此维护维修费也远远少于传统工艺。MBR工艺可以控制长污泥龄，可以减少污泥量，但过长污泥龄不利于生物除磷，也要额外增加生化曝气量。市政污水MBR的SRT一般控制在15-30天，污泥减量并不明显，工业污水MBR的SRT一般控制在20-60天，污泥减量更明晰。MBR运行费用与传统工艺的主要差别在于能耗和膜更换成本。
        总体上，市政污水处理到一级A标准，10年前MBR运行费用（含膜更换）比传统工艺高30-50%或以上，目前前者比后者高5-30%或更少。市政污水处理到准地表IV类，较好的MBR膜供货商和技术集成商的MBR运行费用已经等同或低于传统工艺。工业污水运行总成本很高，MBR膜系统运行费用降低对总成本影响不显著。
        2.3 膜寿命及更换成本
        膜寿命是指达到设计产水量和水质条件下的膜使用年限。膜寿命主要取决于应用环境，膜质量，系统设计和运行水平。10年前至今，工业污水MBR膜寿命从1-3年提升至3-5年或更长，市政污水从3-5年提升至5-10年或更长，市政污水从3-5年提升至5-10年或更长。10年来膜材料价格不断下降和膜寿命大幅度延长，膜折旧成本从0.2-0.5元 /吨处理水下降到0.1-0.2元/吨或更低。
        2.4 MBR电耗
        2010年以来，MBR总体能耗降至0.4-0.6千瓦.时/吨水，其中曝气能耗比重最大（60%），膜池曝气又占据总曝气能耗的60%。根据调研数据，2017年总体能耗已经下降到0.28-0.5千瓦.时/吨水，膜曝气能耗降至0.05-0.15千瓦.时/吨水。膜曝气量与处理水量的气水比从2010年前的（5-15）：1下降至现在的（3-8）：1，该指标已成为市政污水MBR用户选择供货商及工程技术公司的考量标准之一。
        3 未来的MBR应用展望
        技术进步是MBR应用的原动力，市场需求是MBR应用的助推器。
        MBR项目成功，关键在于技术与设计，产品与工程，运营与维护。MBR设计已经有系列技术要求和技术规程，但MBR核心技术仍然掌握在工程技术公司，各膜供货商和技术集成商设计参数差异较大，现有规范实用性不强。如果能邀请优秀膜供货商和技术集成商，设计院和用户共同编写MBR设计运营技术规范，将对MBR 的发展起到促进作用。
        中国经济经历了近40年的高速增长，积累了严重的水环境问题。水环境综合治理首先要进行源头治理，其次减少排放量、提高截污率和处理率、提高污水排放标准。作为污水处理和回用新技术，MBR具有处理效率高、出水水质好、运行稳定的优势，在太湖、滇池、成都等水污染控制重点区域以及北京等缺水城市已得到大力推广应用。自来水家与MBR吨水处理成本之间越来越大的差距，也为MBR的发展创造了利益空间。在新疆、内蒙古等生态脆弱、山东等严重缺水而又具有迫切的工业发展需求的地区，MBR具有广阔的应用前景。