焦点提醒：MBR工艺全球利用近况和趋向阐发 MBR项目利用在全球规模内已理性回归，对过热的中国市场应是一种启迪，特殊是对中国今朝鼓起的地下式MBR 摘要：膜生物反映器（MBR）曾被认为是一项成熟并代表将来的污水处置手艺，在21世纪初十年中取得空前利用，并一度有代替保守活性污泥工艺（CAS）之趋向。但是， MBR项目利用数目最近几年在全球市场骤降，与其在中国市场不竭升温的“热像”构成光鲜对照。究其缘由，高能耗和膜污染等诟病使其在手艺、经济与治理等方面分析比力远不如CAS，有悖可延续成长的全球理念。基在MBR成长过程，阐发式微缘由，瞻望将来利用。MBR项目利用在全球规模内已理性回归，对过热的中国市场应是一种启迪，特殊是对中国今朝鼓起的地下式MBR。 作者简介：郝晓地（1960-），男，山西柳林人,博士，传授，处置市政与情况项目专业讲授与科研工作，首要研究标的目的为污水生物脱氮除磷手艺、污水处置数学摹拟手艺、可延续情况生物手艺,现为国际水协期刊《Water Research》区域主编（Editor）。 1 成长过程 MBR工艺概念最早源在美国。20世纪60年月，美国Dorr-Oliver公司起首将膜分手与生物处置工艺连系用在污水处置范畴；虽然当初处置范围只要14m³/d，但究竟是MBR工艺的雏形。MBR工艺成长早期均为侧流式工艺，即膜过滤系统自力在生物反映池以外，污泥需要经由过程轮回泵回流至生物反映池内。轮回泵会加MBR工艺运转能耗，加上那时膜分手手艺成长迟缓、膜组件价钱高贵，导致那时MBR多处在尝试室小试或中试程度，并没有取得年夜范围现实利用。 20世纪70年月—80年月，MBR年夜体上仍处在研发阶段。在这时代，河山面积狭窄，水资本欠缺的日本当局启动了“水中兴90年计划”科研项目，在高层建筑中将MBR工艺用在污水回用系统利用，仅1983年—1987年间便有13家公司采取MBR工艺处置楼宇污水，间接鞭策了MBR手艺成长。 1989年淹没式MBR工艺初次引入生物处置系统，将膜过滤系统置在生物反映池内部，打消侧流式轮回泵，使处置装配变得加倍紧凑，平均耗能也从初期的5kW·h/m³降至2kW·h/m3。内置式膜组件的呈现打开了MBR项目利用的年夜门，逐步成为支流利用工艺向全球推行。 20世纪90年月以后，跟着新型膜材料呈现，MBR工艺运转获得进一步不变，能耗也进一步下降。加拿年夜Zenon公司前后推出超滤管式和浸入式中空纤维膜组件，日本Kubota公司研制出平板式淹没膜组件，北美、欧洲和日本纷纭成立了小型MBR项目用在市政污水和工业废水处置。20世纪90年月中期，日本已有39座采取MBR工艺的污水处置厂，最年夜处置范围可达500m³/d，同时有100多处高层建筑采取MBR工艺进行污水处置后回用。1997年，英国在Porlock成立了那时世界上范围最年夜（2000m³/d）的MBR污水处置厂，随后在1999年又在Dorset建成了处置范围为13000m³/d的MBR污水处置厂。 进入21世纪后，跟着膜分手手艺、拆卸布局和装备制造前进、和列国对污水处置排放尺度的收紧，MBR工艺敏捷遭到世界列国的青睐，特殊是在中国获得了很是普遍的利用，可谓异军崛起。 2 利用趋向 2.1 单体处����Ϸapp理范围增年夜 MBR工艺初度利用在污水处置时因外置膜过滤系统能耗太高而不合用在年夜型市政污水处置项目，仅利用在小型工业或家庭污水处置（<500m³/d）。跟着低能耗内置的淹没式MBR工艺呈现，MBR运转能耗下降，致其处置范围逐步增年夜，跨越1000m³/d的项目利用在1995年—2000年间已最先呈现。膜分手手艺发财的日本在2005年建成第一个年夜型MBR市政污水处置项目，处置范围达4200m³/d；2008年西班牙建成那时欧洲范围最年夜的MBR项目（San Pedro del Pinatar）污水处置厂，范围为4.8×104m³/d；美国弗吉尼亚州Broad Run 污水处置厂为北美最年夜MBR项目利用，范围达7.3×104m³/d；北京温榆河污水处置厂范围更高达10×104m³/d。 从2008年起，MBR工艺随持久运转优化、膜手艺程度提高、膜组件本钱下降，利用范围今非昔比，超20×104m³/d的项目利用活着界规模最先增加（见表1）。此中，位在瑞典斯德哥尔摩的Henriksdal污水处置厂将在2018年完成MBR进级革新并投入运转，其处置范围到达86.4×104m³/d，将成为世界MBR项目利用中的“巨无霸”。已运转的北京槐房污水再生处置厂，处置范围也达60×104m³/d，是现今世界MBR现实利用的“年老年夜”。所有这一切首要归功在膜价钱的年夜幅下降，今朝膜市场均价已从20世纪90年月最高时的400美元/m2降至今朝的50美元/m2以下。 表1 世界规模年夜型MBR利用项目 Table 1 Large full-scale MBR applications in theworld 项目 地域 范围(×104m³/d) 投运时候 扶植目标 Henriksdal污水处置厂 瑞典斯德哥尔摩 86.4 2018 进级 Tuas 污水再生水厂 新加坡 80 2025 新建 武汉北湖污水厂 中国湖北 80 2019 新建 槐房污水再生处置厂 中国北京 60 2016 新建 深圳罗芳污水处置厂 中国广东 40 2018 进级 Seine Aval污水处置厂 法国巴黎 35.7 2016 进级 Canton 污水处置厂 美国俄亥俄州 33.3 2017 进级 兴义污水处置厂 中国贵州 30.7 2017 新建 Euclid污水处置厂 美国俄亥俄州 25 2018 进级 昆明第九/十污水处置厂 中国云南 25 2013 进级 顺义污水处置厂 中国北京 23.4 2016 进级 澳门污水处置厂 中国澳门 21 2017 进级 成都第三污水处置厂 中国湖南 20 2016 进级 成都第五污水处置厂 中国湖南 20 2016 进级 成都第八污水处置厂 中国湖南 20 2016 进级 西安草滩污水处置厂 中国陕西 20 2016 新建 福州洋里污水处置厂 中国福建 20 2015 新建 武汉三金潭污水处置厂 中国湖北 20 2015 进级 辽阳市中间区污水处置厂 中国辽宁 20 2012 进级 2.2 利用增加速度骤减 国际权势巨子MBR利用网对世界规模内近20年来700余座年夜型 MBR污水处置厂利用环境进行了逐年统计，并绘制了如图1所示的MBR项目利用趋向图。 图1 1996年—2017年世界规模MBR项目利用数目趋向 Fig.1Application trends of MBR installations in the world between 1999 and 2017 进入21世纪，MBR手艺起首在北美和欧洲取得青睐，新增项目也都集中在这两个区域。随后，亚洲和其它地域（首要为澳国、北非）敏捷跟进。MBR项目利用在2009年—2012年间到达壮盛期间；随后便最先回落，直至近两年利用数目只要壮盛期间的10%。MBR利用增加式微是全球规模内的，欧洲和北美履历了21世纪最后十年“热恋”后忽然“掉恋”，新增项目数目锐减，以致在2009年后亚洲成为MBR手艺利用的主力，2012年后全球年夜型MBR项目首要集中在中国境内。 MBR市场增加放缓亦能够从市场全球年复合增加率(CAGR)和市场总额看出，CAGR能够表现某一财产增加的潜力和预期。2008年MBR工艺处在壮盛期间，全球水务市场阐发师曾乐不雅地猜测国际MBR市场到2018年CAGR为22.4%，到2018年全球MBR市场价值总额估计到达34.4亿美元。可是，英国BBC Research最新陈述显示，2014年全球MBR市场总额为4.257亿美元，到2019年估计仅到达7.777亿美元，年CAGR仅为12.8%，这与2008年猜测相差甚远。BBC Research同时也给出了全球各年夜洲MBR市场CAGR猜测，如图2所示。图2显示，2014年后亚太地域MBR市场年复合增加率高在欧洲和北美。连系图1数据可知，2014年后世界MBR市场增加首要由亚太地域指导，这此中，中国地域增加量对亚太地域总增加有着绝对的份额进献。 图2 2014年—2019年世界MBR估计年复合增加率(CAGR) Fig.2 Compound annual growth rate (CAGR) of MBR installations predicted by BBC Research between 2014 and 2019 3 式微缘由 3.1 运转本钱高 MBR工艺高运转本钱首要限制了其普遍利用。高运转本钱从投资伊始便最先表现；除膜组件仍然高贵（与CAS二沉池比拟）外，较高的主动化运转程度也限制其普遍利用。我国市政污水处置利用MBR（范围>1×104m³/d）手艺经济数据显示，MBR投资本钱为2500~5000元/m3（含土建、膜系统和其他装备投资），均值为3800元/m3，远高在全国城镇污水处置厂平均2200元/m3投资程度。到达与MBR不异出水水质环境下，CAS工艺需要增添三级过滤系统（如砂滤）；即便如斯，MBR投资仍然比CAS高10%~30%。 MBR的高能耗首要有两方面缘由：（1）膜污染或梗塞致使通量降落，保持设想通量就必需加压；（2）曝气池因生物量高（MLSS>8000mg/L）而需要保持较高消融氧浓度（DO=3~4mg/L），也需要为减缓膜污染而增年夜曝气量。加压保持膜通量和曝气是MBR高能耗的首要缘由，占总能耗的40%~50%，此中，膜池内曝气能耗约占总能耗的30%~40%。 经半个世纪成长，经由过程改变曝气体例使曝气能耗已显著下降，导致MBR工艺能耗亦年夜为下降，已从最后>5kW∙h/m³降到今朝平均2kW∙h/m³程度。表2总结了一些国度利用MBR工艺能耗环境。与CAS工艺平均能耗0.30kW∙h/m³比拟，MBR工艺能耗要超出跨越60%~900%。正因能耗问题让膜出产年夜国的日本住手了对年夜型市政MBR项目审批。因而，日本2013年后动手最先研发新的MBR手艺，旨在将其能耗节制在≤0.4 kW∙h/m³。 表2 世界列国MBR项目平均能耗 Table2 Average energy consumption of MBR installations in the world 3.2 膜污染与通量降落 虽然膜污染和其节制和清洗已从手艺层面做了年夜量无益工作，但并没有从底子上处理这一问题，膜污染现象终归是会产生的。为保持一般过滤通量，经由过程在线（保护性）清洗和离线（恢复性）化学清洗固然会减轻膜污染问题，可是，膜清洗会缩短膜的利用寿命，而经常改换膜组件又会增添运转本钱。 另外，膜通量问题也日趋引发人们存眷。在处置水量波动较年夜环境下，膜组件通量靠得住性经不起时候考验。污水处置厂进水流量是一个动态转变进程，随天气、季候等身分转变而转变，流量转变对MBR工艺一般运转会发生较年夜影响。MBR膜组件具有一个极限通量，假如进水流量跨越极限通量或由于膜污染致使膜通量降落，超越通量部门污水就没法经由过程膜过滤处置。常规处置法子是增添一个流量调理池或利用备用膜，或做溢流处置，但这会增添投资本钱和运转费用。在现实运转中，凡是是MBR刚运转前几年膜通量不会超限，但随时候推移膜污染现象呈现会致使通量降落。为此，在水量波动较年夜地域，选择MBR工艺时需要特殊谨严。 3.3 尺度化的缺掉 今朝，膜出产厂商浩繁，膜产物品种亦繁多。各厂商均有本身数据库和设想规范，但并没无形成一个同一的行业尺度和规范，致使分歧出产厂规格型号、外形尺寸各不不异，互不兼容。装备缺少尺度化给设想和采购起首带来麻烦，利用时一旦呈现需要改换膜组件时，尺度化缺掉带来的劣势更加凸起；换品牌意味从头设想膜系统，增添运转本钱。即便统一品牌膜组件前后两种型号也经常不兼容；2008年德国Rödingen项改换膜组件时就呈现了这类环境，不能不从头设想膜系统。另外，缺少一条龙尺度化功课办事经常致使膜供给商与施工方脱节，在安装进程膜组件破坏现象触目皆是。 膜市场尺度化已引发人们正视，日本早在2012年便成立专家委员会，就MBR尺度化问题进行会商；欧盟帮助的“加快城市污水净化膜成长（AMEDEUS）”项目中也包罗了MBR尺度化扶植。市场尺度化势必影响各年夜膜出产企业的经济好处，所以，膜尺度化进程至今寸步难行，严峻影响MBR工艺推行利用。 4 瞻望将来 固然MBR工艺具有出水水质和占处所面两年夜劣势，可是，分析手艺、经济、治理等分析身分，MBR已被确认为不成延续工艺。只要在地盘、空间遭到严酷限制的环境下，MBR方能显示其怪异劣势。不然，CAS+砂滤将比其具有分析合作力。荷兰Varsseveld污水处置厂MBR示范性项目运转八年后已选择撤除，代之以CAS+砂滤；荷兰唯一的几座MBR也连续被全数撤除。 但是，位在瑞典斯德哥尔摩的MBR“巨无霸”Henriksdal项目却吸引着人们的眼球，它将成为世界上范围最年夜的MBR污水处置厂。这一重大项目行将运转其实不意味着MBR将再次带动其利用的高潮。这一项目的选择重点放在应对北欧酷寒冬季经常呈现的低温、积雪、结冰等严峻问题，遂斟酌将此项目放在斯德哥尔摩市中间一地下岩洞内实行。限在岩石布局空间狭窄，同时为知足欧盟“波罗的海打算（BSAP）”出水水质和扩年夜处置范围之需要，项目只是无法选择了MBR工艺进行进级革新。 河山面积狭窄的新加坡最近几年来鼎力成长“重生水（NEWater）”项目。因MBR能够供给延续不变的优良出水，合适用作反渗入原水，且能够省去常规反渗入之前所需的微滤/超滤（MF/UF），分析能耗比拟在CAS工艺再加三级处置还节流0.13 kW∙h/m³，且能够下降地盘利用本钱。是以，在极端缺水和寸土寸金的新加坡，MBR仿佛比CAS具有利用劣势。近似新加坡环境也呈现在一些缺水的海湾国度再生水项目上，何况这些国度油比水“贱”，“以油换水”在这些国度具有较着劣势。 与上述国度非凡利用环境比拟，我国年夜范围利用MBR手艺的来由仿佛其实不充实，特殊是最近几年呈现的地下式MBR。无疑，地盘、空间极端欠缺、高贵的一些年夜、中城市，必不得已利用MBR无可厚非。可是，将MBR作为将来污水处置手艺成长标的目的，并用它来周全进级既有、新建将来污水处置举措措施（乃至扩大到农村污水处置装备）确切值得商议。对我国成长中的地下式MBR更要甚重，究竟它不是一个可延续的工艺。 5 结语 除中国外，MBR工艺在全球利用骤降并不是偶尔现象，高能耗与膜污染让其背负不成延续之名。假如MBR这两个凸起短处不克不及在将来获得底子性处理，其项目利用很难维系。只要在一些特定环境（地盘极端匮乏、空间十分无限、严峻缺水、水比油贵）下，利用MBR才可能具有被动选择劣势。即便在如许一些特定环境下，MBR也不是独一选择，好比，好氧颗粒污泥手艺就比它具有较着劣势。 （本文一些配图选自收集，非出自原文） 本文颁发在《中国给水排水》2018年10月第20期“述评与会商”栏目，作者：郝晓地，陈峤，李季，曹达啟;单元：北京建筑年夜学城市雨水系统与水情况省部共建教育部重点尝试室/中—荷污水处置手艺研发中间 本文参考文献尺度著录格局以下： 郝晓地，陈峤，李季，等. MBR工艺全球利用近况和趋向阐发[J].中国给水排水，2018，34（20）：7-12. HaoXiaodi, CHEN Qiao, LI Ji,et al. Status and trend of MBR application in the world[J].China Water & Wastewater，2018，34（20）：7-12(in Chinese). Statusand Trend of MBR Application in the World HAO Xiao-di, CHEN Qiao, LI Ji, CAO Da-qi (Sino-Dutch R&D Centre for FutureWastewater Treatment Technologies Key Laboratory of Urban Stormwater System andWater Environment <Ministry of Education>, Beijing University of CivilEngineering and Architecture, Beijing 100044, P. R. of China) Abstract:Membrane bioreactors (MBR) were once recognizeda mature and future wastewater treatment technology, which were extensivelyapplied in the first decade of the century, and had a tendency to replaceconventional activated sludge process (CAS). However, MBR did not become thehot favorite technology as expected ten years ago; their engineeringapplications were in sharp contrast to the “overheated” phenomena in China . Thereason for the decline is attributed to the drawbacks on energy consumption andmembrane fouling, which makes MBR inferior to CAS in sustainability evaluatedcomprehensively by technology, economy and management. Based on the developedprocess of MBR, the reason of the decline is analyzed, and the furtherapplication of MBR is prospected. The rational return of MBR applications shouldbe an inspiration to the MBR market in China ,especially to underground MBR that are emerging at present in China . Key words: membrane bioreactors (MBR);conventional activated sludge (CAS); sustainability; membrane fouling;underground MBR
MBR工艺全球利用近况和趋向阐发
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