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(shù)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(guān)注節(jié)能降耗、減污降碳的各項舉措。那么，該如何通過技術(shù)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(tuán)城鄉(xiāng)水環(huán)境技術(shù)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(shù)。讓我們一起來了解下這項創(chuàng)新技術(shù)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(shè)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(yīng)器(V-MBR)技術(shù)(以下簡稱：振動MBR技術(shù))正是在國家實施“雙碳”和“污水資源化”目標(biāo)戰(zhàn)略的新形勢下，對傳統(tǒng)曝氣型膜生物反應(yīng)器(MBR)技術(shù)進(jìn)行的成功創(chuàng)新升級，是技術(shù)團(tuán)隊幾十位從事膜材料、水處理工藝、機械、自動化控制領(lǐng)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(jì)90年代，MBR技術(shù)已廣泛應(yīng)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(shù)的污水處理項目——北京密云再生水廠，標(biāo)志著碧水源成長為國內(nèi)MBR產(chǎn)品與技術(shù)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(shù)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(rèn)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(biāo)以及保持市場競爭力，碧水源瞄準(zhǔn)了進(jìn)一步降低MBR技術(shù)運行能耗的目標(biāo)，攻堅克難積極研發(fā)綠色低碳的膜技術(shù)。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(shù)團(tuán)隊進(jìn)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(xiàn)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(dá)到工程化水平，其技術(shù)可靠性與經(jīng)濟(jì)可行性都不確定。懷著一顆技術(shù)創(chuàng)新的赤誠之心，2016年，碧水源總工程師俞開昌帶領(lǐng)技術(shù)團(tuán)隊著手開展了第一代振動膜生物反應(yīng)器(V-MBR)技術(shù)的開發(fā)。
 

　　穩(wěn)扎穩(wěn)打，逐級放大
 

　　技術(shù)團(tuán)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(jìn)行現(xiàn)場試驗，通過優(yōu)化膜材料、裝填率、設(shè)備結(jié)構(gòu)等參數(shù)不斷進(jìn)行膜元件的改進(jìn)，反復(fù)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(shè)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(shù)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(chǔ)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(jìn)一步提升至地表水(湖、庫)Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，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(lǐng)
 

　　振動膜生物反應(yīng)器(V-MBR)技術(shù)一經(jīng)問世，即被收錄進(jìn)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(shù)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(rèn)為“振動MBR技術(shù)是該領(lǐng)域的重大技術(shù)突破，在實際工程中的規(guī)?；瘧?yīng)用屬領(lǐng)先行列，具有推廣價值”。
 

　　2021年5月，振動MBR技術(shù)在北京竇店再生水廠實現(xiàn)示范應(yīng)用，處理規(guī)模為1.5萬噸/日，出水水質(zhì)達(dá)到北京市《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》B標(biāo)準(zhǔn)，相當(dāng)于地表Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，出水排入當(dāng)?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(xiàn)，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(shù)成果的示范應(yīng)用，標(biāo)志著我國污水處理行業(yè)膜技術(shù)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(shù)開辟了新路徑，也為中交集團(tuán)和中國城鄉(xiāng)踐行國家戰(zhàn)略、建設(shè)水務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈“鏈長”提供了堅實的技術(shù)儲備。成績屬于過去，俞開昌和他的團(tuán)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(shè)備及膜生物反應(yīng)器工藝的研發(fā)，力爭在設(shè)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(shù)打造成為國際領(lǐng)先的新一代污水資源化技術(shù)。
 

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

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