從“實驗室”走向“工程示范”——“雙碳”時代 碧水源節(jié)能型振動膜技術的突圍之路

　　“雙碳”時代下，各行各業(yè)都在思考該如何實現(xiàn)更高效的綠色低碳發(fā)展。長期占據(jù)高能耗行業(yè)前十位的“能耗大戶”——污水處理行業(yè)則更需要關注節(jié)能降耗、減污降碳的各項舉措。那么，該如何通過技術創(chuàng)新實現(xiàn)“節(jié)能降碳提質(zhì)”的協(xié)同發(fā)展，成為行業(yè)發(fā)展的新方向？中交集團城鄉(xiāng)水環(huán)境技術研發(fā)中心共建單位、中國城鄉(xiāng)高科技環(huán)保企業(yè)碧水源在“減污降碳協(xié)同治理”的路上已初步形成了全生命周期的減碳模式，并自主研發(fā)了我國污水處理行業(yè)首款振動膜技術。讓我們一起來了解下這項創(chuàng)新技術吧。
 

　　一直以來，碧水源把節(jié)能降耗和資源再生利用作為重要的研發(fā)方向，在膜產(chǎn)品研發(fā)、水處理設備升級、資源回收利用、碳排放信息化監(jiān)測等多個環(huán)節(jié)持續(xù)探索著環(huán)保和節(jié)能降碳的創(chuàng)新之道。2021年10月，碧水源發(fā)布的振動膜生物反應器(V-MBR)技術(以下簡稱：振動MBR技術)正是在國家實施“雙碳”和“污水資源化”目標戰(zhàn)略的新形勢下，對傳統(tǒng)曝氣型膜生物反應器(MBR)技術進行的成功創(chuàng)新升級，是技術團隊幾十位從事膜材料、水處理工藝、機械、自動化控制領域的國內(nèi)外專家，歷時六年開發(fā)的科技創(chuàng)新成果。
 

　　破解瓶頸，提前布局
 

　　上世紀90年代，MBR技術已廣泛應用于歐洲及北美的污水處理行業(yè)，但在國內(nèi)才剛開始出現(xiàn)，MBR在國內(nèi)雖然起步較晚，發(fā)展卻很迅速，2012年后全球大型MBR項目主要集中在中國境內(nèi)。碧水源于2006年承建了首個萬噸級采用MBR技術的污水處理項目——北京密云再生水廠，標志著碧水源成長為國內(nèi)MBR產(chǎn)品與技術具代表性的企業(yè)。
 

　　碧水源通過自主創(chuàng)新研發(fā)，使得MBR技術成熟度不斷提高和投資運行成本大幅降低，獲得了行業(yè)的廣泛認可和快速推廣。與傳統(tǒng)工藝相比，MBR工藝具有出水水質(zhì)高、剩余污泥少、占地面積小、自動化智能化程度高、脫氮除磷效果好、運行穩(wěn)定可靠等突出優(yōu)點。為了助力“雙碳”戰(zhàn)略目標以及保持市場競爭力，碧水源瞄準了進一步降低MBR技術運行能耗的目標，攻堅克難積極研發(fā)綠色低碳的膜技術。由于加壓維持膜通量、增大曝氣量減緩膜污染等因素均是造成高能耗的重要原因，通過在線和離線清洗的方式，雖可減輕膜污染問題，但頻繁膜清洗會縮短膜的使用壽命，而時常更換膜組件又會增加運行成本。面對傳統(tǒng)曝氣MBR工藝的瓶頸，碧水源技術團隊進行了深度思考：是否可以改變傳統(tǒng)MBR采用曝氣吹掃的方式，用機械振動控制膜污染？經(jīng)查閱大量國內(nèi)外文獻資料發(fā)現(xiàn)，機械振動方式僅在國外有中小規(guī)模的試驗研究報道，尚未達到工程化水平，其技術可靠性與經(jīng)濟可行性都不確定。懷著一顆技術創(chuàng)新的赤誠之心，2016年，碧水源總工程師俞開昌帶領技術團隊著手開展了第一代振動膜生物反應器(V-MBR)技術的開發(fā)。
 

　　穩(wěn)扎穩(wěn)打，逐級放大
 

　　技術團隊從十噸級的小試做起，逐級放大到百噸級、千噸級規(guī)模進行現(xiàn)場試驗，通過優(yōu)化膜材料、裝填率、設備結(jié)構(gòu)等參數(shù)不斷進行膜元件的改進，反復測試膜組器的性能；在確定膜組器性能的穩(wěn)定性后，建立整套工藝流程，通過調(diào)試膜通量、運行周期、溶解氧量、污泥濃度等參數(shù)，驗證整套工藝的可行性。經(jīng)過長時間對多個試驗項目設備運行、出水水質(zhì)的跟蹤以及第三方監(jiān)測報告和核查報告，驗證了振動MBR工藝的可行性和可靠性。振動MBR技術用于城市污水處理的能耗較傳統(tǒng)曝氣MBR降低20%以上，出水總氮可降低3——5mg/L。
 

　　對于我國典型城鎮(zhèn)污水，振動MBR工藝出水COD、氨氮、總氮與總磷可分別低于30、1、5、0.3mg/L。并且，在污水處理廠現(xiàn)有運行成本基礎上，僅需新增外加碳源及除磷藥劑費用約0.2元/m3，振動MBR工藝即可將出水水質(zhì)進一步提升至地表水(湖、庫)Ⅳ類標準，其中總氮<1.5mg/L，總磷<0.1mg/L，可作為高品質(zhì)再生水資源補給富營養(yǎng)化敏感湖泊水體。
 

　　通過評議，示范引領
 

　　振動膜生物反應器(V-MBR)技術一經(jīng)問世，即被收錄進工信部、科技部、生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合制定的《國家鼓勵發(fā)展的重大環(huán)保技術裝備目錄》，并于2021年10月通過了中國環(huán)保機械行業(yè)協(xié)會組織的科技成果評議，專家組一致認為“振動MBR技術是該領域的重大技術突破，在實際工程中的規(guī)?；瘧脤兕I先行列，具有推廣價值”。
 

　　2021年5月，振動MBR技術在北京竇店再生水廠實現(xiàn)示范應用，處理規(guī)模為1.5萬噸/日，出水水質(zhì)達到北京市《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標準》B標準，相當于地表Ⅳ類水標準，出水排入當?shù)氐拇笫?，將市政污水轉(zhuǎn)化為大石河流域的生態(tài)補水，為流域水質(zhì)提升、水環(huán)境改善與水生態(tài)安全做出了積極貢獻，也為高品質(zhì)再生水在水環(huán)境敏感地區(qū)的資源化利用，起到了示范作用。
 

　　厚積薄發(fā)，未來可期
 

　　振動MBR技術成果的示范應用，標志著我國污水處理行業(yè)膜技術取得了同時實現(xiàn)節(jié)能降耗和水質(zhì)提升的重大突破，為“雙碳”時代的污水資源化技術開辟了新路徑，也為中交集團和中國城鄉(xiāng)踐行國家戰(zhàn)略、建設水務產(chǎn)業(yè)鏈“鏈長”提供了堅實的技術儲備。成績屬于過去，俞開昌和他的團隊并未停下前行的腳步，目前正在著力于開展二代振動膜組器設備及膜生物反應器工藝的研發(fā)，力爭在設備穩(wěn)定性、極限脫氮除磷工藝方面取得新突破，將振動MBR技術打造成為國際領先的新一代污水資源化技術。
 

　　內(nèi)容來源丨科技信息部(城鄉(xiāng)水環(huán)境技術研發(fā)中心)、碧水源
 

　　原標題：從“實驗室”走向“工程示范”——“雙碳”時代 節(jié)能型振動膜技術的突圍之路