重慶純水設(shè)備解讀:顛覆性的膜技術(shù)能否讓現(xiàn)有的污水處理設(shè)施“打個翻身仗
【重慶水處理設(shè)備網(wǎng)http://xqccscq.com/】黑水體檢查、環(huán)保斷面檢查考核、汛期考核、管網(wǎng)提質(zhì)增效，成為城市水環(huán)境面臨的突出問題和公共管理壓力的來源。工業(yè)界和學(xué)術(shù)界重視這些問題，紛紛開展相關(guān)工作。他們能指望什么技術(shù)手段？ E20水網(wǎng)固廢網(wǎng)曾發(fā)表文章《再談MBR:打破局面的金鑰匙。“333”有多遠(yuǎn)？文中提到，隨著膜材料和膜應(yīng)用技術(shù)的巨大進(jìn)步，“333”目標(biāo)正在實(shí)現(xiàn)。那么，在這場城市治水的硬仗中，顛覆性的膜技術(shù)能否讓現(xiàn)有的污水處理設(shè)施“打個翻身仗”？ 中國城市污水處理設(shè)施仍然脆弱，溢流污染壓力大。 在“2022(第20屆)水業(yè)戰(zhàn)略論壇”上，中國規(guī)劃院生態(tài)市政院院長王家卓分享了“基于彈性城市理念的城市水環(huán)境體系建設(shè)策略思考”主題。他說，近年來，我國城鎮(zhèn)污水處理廠建設(shè)取得了很大進(jìn)展，但整體仍處于脆弱的平衡狀態(tài)，主要體現(xiàn)在冗余不足、抗干擾能力差、整體韌性不足等方面。大量的污水處理廠仍然存在。 事實(shí)上，經(jīng)過多年努力，我國許多城市污水處理率已超過90%，枯水期水環(huán)境得到根本改善，實(shí)現(xiàn)了“水清、岸綠、魚淺”。然而，每到雨季，大量溢出的雨污使水環(huán)境“一夜回到解放前”，使水環(huán)境治理效益大打折扣，成為許多城市棘手的治水難題。 2022年5月，生態(tài)環(huán)境部發(fā)布《關(guān)于加強(qiáng)2022年汛期水環(huán)境監(jiān)管的通知》。通知指出，近年來，全國水環(huán)境質(zhì)量不斷改善，但枯水期“藏污納垢”、雨季“零存全收”等問題突出。部分地區(qū)環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施存在明顯短板，汛期部分?jǐn)嗝嫖廴緩?qiáng)度長期居高不下。城鄉(xiāng)非點(diǎn)源污染日益成為制約水環(huán)境持續(xù)改善的主要矛盾。 此外，環(huán)保斷面和環(huán)境容量的壓力進(jìn)一步傳導(dǎo)到污水處理設(shè)施的壓力，污水資源再生水回用率的要求也是地方政府和水務(wù)部門不易解決的難題。 復(fù)雜的問題很難擺脫顧此失彼的困境。 作為城市治水的痛點(diǎn)和難點(diǎn)，雨季溢流污染的治理并不容易，涉及基礎(chǔ)設(shè)施改造、排水系統(tǒng)管控、城市規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)導(dǎo)向等諸多方面。控制思想的確定會影響全身。 在“2022(第二十屆)水業(yè)戰(zhàn)略論壇”上，中國人民大學(xué)低碳水環(huán)境技術(shù)研究中心主任王洪臣提到，無論是合流制還是分流制，設(shè)計不合理或建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低都會導(dǎo)致嚴(yán)重的溢流污染。根據(jù)受納水體的要求，合理確定截流倍數(shù)是建設(shè)合流制排水系統(tǒng)的關(guān)鍵，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建議為2 ~ 5倍，這就要求建設(shè)足夠容量的調(diào)蓄設(shè)施，污水處理廠也需要足夠的容量冗余。重慶純水設(shè)備 對于溢流污染，常見的解決方案有導(dǎo)流系統(tǒng)改造、儲水池建設(shè)、海綿城市建設(shè)等。但對于一個中等城市來說，要完全采用上述解決方案并取得滿意的效果，至少需要幾百億的短期投入。但在當(dāng)前疫情下，地方政府一般財力“捉襟見肘”，難以保證所需資金投入。此外，無論是引水系統(tǒng)改造、海綿城市建設(shè)還是調(diào)蓄池建設(shè)，都會涉及征地拆遷等一系列配套工作，實(shí)施難度大，建設(shè)周期長。系統(tǒng)工程建設(shè)的長期性與水環(huán)境治理的短期壓力之間存在矛盾。“遠(yuǎn)水解不了近渴”。 此外，CSO快速處理設(shè)施也是雨季溢流污染的手段之一，具有投資低、占地小、啟動快等優(yōu)點(diǎn)。而CSO快速處理設(shè)施一般以物化處理工藝為主，對ss、TP有較好的去除效果，但對生化處理為主的COD、氨氮、TN去除效果有限，出水難以達(dá)到城市污水排放標(biāo)準(zhǔn)。在雨季沒有專門的排放標(biāo)準(zhǔn)和汛期環(huán)保考核的壓力下，只采用物化處理工藝的CSO快速處理設(shè)施只能作為污水處理的預(yù)處理單元。重慶GMP純化水設(shè)備 提高現(xiàn)有污水處理廠的處理能力，高效超濾MBR的新機(jī)遇 那么，我們可以新建一個和以前一樣大的污水處理廠嗎？眾所周知，污水廠及配套管網(wǎng)的實(shí)施將是一筆巨大的投資，此外還將面臨新污水廠選址、征地、拆遷等一系列困難。 最重要的是，我們在污水處理領(lǐng)域不再貧窮。可以嘗試將目標(biāo)轉(zhuǎn)向現(xiàn)有存量污水處理廠，挖掘現(xiàn)有存量污水處理廠的處理能力，就地增加其雨季處理能力。從理論上講，這是一個投資少、見效快的高性價比方案。 清華大學(xué)環(huán)境研究所的王凱軍教授曾經(jīng)提到過中國污水處理系統(tǒng)的現(xiàn)狀。面對我國城市近100%的污水處理率和嚴(yán)重的溢流污染，污水處理普遍存在產(chǎn)能過剩(低COD)的情況。國內(nèi)的解決方案應(yīng)不同于歐美國家的一級或一級集約化處理，而應(yīng)充分利用已建成的城市污水基礎(chǔ)設(shè)施。這樣，污水處理廠進(jìn)水濃度低就是一個優(yōu)勢。從簡單的污水處理設(shè)計原理來看，如果濃度增加一倍，就意味著流量可以增加一倍。我們可以把壞事變成好事來解決溢出污染問題。 我國大部分城市的污水處理廠實(shí)際進(jìn)水濃度低于設(shè)計進(jìn)水濃度，雨季會更低，客觀上使得生化池在雨季處理兩倍甚至更高流量的干污水成為可能。傳統(tǒng)A2O工藝在解決了雨季生化池的容量問題后，需要重新審視二沉池，主要制約因素是二沉池雨季流量負(fù)荷的瓶頸。 污水處理廠流程理論在更新，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也在跟進(jìn)。2021年10月開始實(shí)施的國家標(biāo)準(zhǔn)《室外排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》顯示，污水處理廠污水量的變異系數(shù)較之前的標(biāo)準(zhǔn)大幅增加。比如10萬噸/日污水處理廠的流量總變異系數(shù)從1.3提高到了1.5。 看來，提高終端污水處理廠的峰值處理能力是城市污水處理設(shè)施演進(jìn)中不可回避的一點(diǎn)。但問題是如何實(shí)現(xiàn)。 今年6月，E20水網(wǎng)固廢網(wǎng)發(fā)表文章《解決溢流污染，應(yīng)向火星救援學(xué)習(xí)》，文中提到用工程思維(engineer thinking)解決溢流污染這一棘手的環(huán)境問題。工程思維是在資源有限、條件不足、約束的前提下實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。想象一個已經(jīng)建成的污水處理廠。能否在不增加新土地的情況下，以最小的投資成本和最短的實(shí)施周期，實(shí)現(xiàn)4倍于現(xiàn)有枯水期處理能力的雨季高峰處理能力？重慶GMP純化水設(shè)備 下面是一些實(shí)際應(yīng)用場景的啟發(fā)。 第一種情況是使用MBR膜將傳統(tǒng)A2O或氧化溝污水處理廠的容量加倍并同時提高標(biāo)準(zhǔn)的常見解決方案。 也就是說，只需要將原有的二沉池改造成膜池，不需要增加生化池容量，輔以少量其他配套工程措施，就可以使污水處理廠的處理能力翻倍，出水標(biāo)準(zhǔn)從B級或A級提升到準(zhǔn)IV級水標(biāo)準(zhǔn)，同時實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容和提標(biāo)的雙重目標(biāo)。這種情況非常普遍，已經(jīng)成為MBR工藝用于現(xiàn)有污水廠擴(kuò)容升級的利器。然而，現(xiàn)有用戶抱怨傳統(tǒng)的微濾MBR膜運(yùn)行成本高，維護(hù)麻煩。 第二個場景以德國Nordkanal污水處理廠為例。 該廠為合流制排水系統(tǒng)服務(wù)，旱季處理能力約為2萬噸/日，雨季最大處理能力約為4.5萬噸/日。采用MBR工藝。MBR膜為小孔徑超濾膜，平均孔徑為40nm。這個廠的MBR超濾膜已經(jīng)用了13年，一直沒有更換。該膜在雨季仍具有超過40LMH的膜通量運(yùn)行能力。 結(jié)合以上兩種應(yīng)用場景，我們用工程思維思考，如何改造一個處理能力為5萬噸/日，采用傳統(tǒng)A2O工藝，出水標(biāo)準(zhǔn)為一級B的污水廠，更好地提高其效率，使其適應(yīng)新的環(huán)保要求。 我們可以將二沉池改造成膜池，安裝孔徑為30~40nm的高通量長壽命超濾MBR膜，將生化池中的傳統(tǒng)曝氣器更換為節(jié)能型曝氣器，從而達(dá)到改性膜工藝噸水綜合成本與原傳統(tǒng)工藝基本相同的“333”目標(biāo)。同時，由于高性能超濾膜在雨季具有非常好的流量彈性(解決了微濾膜難以實(shí)現(xiàn)的彈性峰值流量問題)，可以在雨季實(shí)現(xiàn)40~55LMH的峰值高通量運(yùn)行。這樣，原有的5萬噸/日的傳統(tǒng)污水處理廠，改造后旱季處理能力達(dá)到10萬噸/日，雨季進(jìn)水濃度較低時最高可達(dá)20萬噸/日。重慶純水設(shè)備這是一個非常有吸引力的解決方案。 上海市城市建設(shè)設(shè)計研究院總工程師、上海市城市雨水管理工程技術(shù)研究中心主任朱浩川表示，應(yīng)用高通量、長壽命、低成本運(yùn)行模式的超濾膜MBR工藝，可以減少溢流污染，在不增加新土地、不建設(shè)調(diào)蓄設(shè)施的情況下，對城市水環(huán)境的改善具有重要價值。 另外，膜的出水直接達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)再生水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，不小心解決了城市再生水利用率和污水資源化的問題。高效超濾MBR確實(shí)大有可為。 從高質(zhì)量發(fā)展的角度看“電影” 讓我們繼續(xù)拓寬視野，站在城市大局中思考，看看會有什么不同。 清華大學(xué)環(huán)境研究所教授胡紅英認(rèn)為，“高效”和“可持續(xù)”是高質(zhì)量發(fā)展的核心，建立區(qū)域水生態(tài)循環(huán)體系是水產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的有效路徑。 以“高效”和“可持續(xù)”為準(zhǔn)繩，在不限制原有認(rèn)知框架的情況下重新審視和梳理問題，可能會帶來不同的效果。 根據(jù)上述膜水處理技術(shù)，可以在不增加新土地的情況下，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有污水廠的原位同步擴(kuò)容提標(biāo)。污水廠旱季處理能力是原來的兩倍，雨季峰值處理能力是原來旱季平均處理能力的四倍。而且在不建設(shè)儲水池和管網(wǎng)的前提下，少投資或不投資，同步推進(jìn)城市再生水利用率和污水資源化利用。 此外，30~40nm超濾膜對包括新冠肺炎在內(nèi)的水中新興污染物包括微塑料和病毒細(xì)菌具有非常高的截留效率，提高了出水的生物安全性。污水處理廠真正成為了城市的“第二水源”，這才是真正意義上的一石多鳥。 關(guān)于業(yè)內(nèi)人士關(guān)注的MBR工藝污水處理廠運(yùn)行成本，“再談MBR:破局金鑰匙，“333”還有多遠(yuǎn)？文中提到，隨著膜材料和膜應(yīng)用技術(shù)的巨大進(jìn)步，“333”目標(biāo)正在實(shí)現(xiàn)，“膜三貴”的痛點(diǎn)已經(jīng)解決，用戶將獲得與傳統(tǒng)工藝綜合運(yùn)行成本相當(dāng)?shù)哪ぎa(chǎn)品和膜技術(shù)。施泰和碧水園等膜技術(shù)制造商對此持樂觀態(tài)度。 石泰總工程師白海龍表示，小孔徑(孔徑30~40nm)、超高孔隙率、均勻性好的超濾膜技術(shù)取得了顛覆性的突破，膜應(yīng)用技術(shù)的創(chuàng)新使MBR膜實(shí)現(xiàn)了可持續(xù)的高通量、長壽命、低能耗。這賦予了MBR工藝新的生命，原有的優(yōu)勢繼續(xù)得到強(qiáng)化，原有的痛點(diǎn)得到解決，量變導(dǎo)致質(zhì)變，新的應(yīng)用模式和場景被創(chuàng)造。 因此，我們預(yù)計，高性能超濾MBR膜技術(shù)很可能在此輪城市污水處理招標(biāo)活動中勝出。 中國市政工程華北設(shè)計研究院上海分院副院長張莉總結(jié):第一，土地的高效集約利用，基本不用擔(dān)心新增污水處理設(shè)施用地；二是大大節(jié)省了管網(wǎng)和土建的投資成本，只需少量資金就能達(dá)到預(yù)期效果；三是實(shí)施難度低，建設(shè)周期短；四是水污染治理和污水資源化利用需求得到同步解決；第五，老城區(qū)雨污分流難，溢流污染痛點(diǎn)自動解決；第六，這是新出現(xiàn)的污染物和生物安全的額外好處。從多個角度看，是顛覆性膜技術(shù)創(chuàng)新帶來的“高效率、低成本”解決方案，有利于建立區(qū)域水生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)，構(gòu)建“可持續(xù)”的水資源體系。 白海龍還提到，技術(shù)進(jìn)步大大提高了效率。關(guān)鍵的“門檻”一旦被打破，就有可能顛覆傳統(tǒng)的商業(yè)模式和認(rèn)知框架，引發(fā)價值體系的重新配置，產(chǎn)生全新的服務(wù)和解決方案。我們隱約看到水務(wù)行業(yè)即將重復(fù)其他行業(yè)的轉(zhuǎn)型案例，比如太陽能電池廉價接入互聯(lián)網(wǎng)，導(dǎo)致傳統(tǒng)燃煤電廠轉(zhuǎn)型；鋰電池電動車低成本的沖擊導(dǎo)致傳統(tǒng)燃油車廠商轉(zhuǎn)型。 在2022(第二十屆)水業(yè)戰(zhàn)略論壇上，e 20研究院執(zhí)行院長薛濤做了題為“薛濤:三生萬物，談再生水”的主題演講，對影響十五水業(yè)發(fā)展的“水十條”、“污水處理提質(zhì)增效”、“污水資源化”三個政策文件進(jìn)行了深入分析。從中也提到了資金的有限性和治理的緊迫性會導(dǎo)致治理時機(jī)的問題，這個問題最終會反饋到具體的技術(shù)選擇上。典型的是，雨污綜合分流和海綿城市建設(shè)在斷面達(dá)標(biāo)和CSO溢流控制方面，重慶純水設(shè)備在資金和時間上與當(dāng)前的治理要求不匹配。 正如薛濤也說的，環(huán)保市場一定是在高壓公共管理的壓力下，來自于技術(shù)和商業(yè)模式相互交融產(chǎn)生的創(chuàng)新。在這樣的突破中，底部兩個元素的合并力會向上反彈。在行業(yè)即將進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展下半場的當(dāng)下，在政府財政和生態(tài)環(huán)境的雙重壓力下，技術(shù)創(chuàng)新是否會導(dǎo)致商業(yè)模式和公共管理的改變？這是值得期待的。 算一筆經(jīng)濟(jì)賬 讓我們以一個有一定規(guī)模的城市為例，算算經(jīng)濟(jì)賬，看看顛覆性膜技術(shù)(以下簡稱新膜技術(shù))對城市治水可能帶來的影響和變化。 一個地級市的常住人口在600萬左右。目前，本市污水處理廠總處理能力約為200萬噸/日。本市治水的需求和痛點(diǎn)如下: 由于城市的發(fā)展、新產(chǎn)業(yè)的引入和污水收集率的提高，預(yù)計未來10年全市污水總量將增加到300萬噸/日，需要新增100萬噸/日污水處理能力，其中30萬噸/日位于新區(qū)； 根據(jù)城市水環(huán)境容量和國控斷面考核壓力，現(xiàn)有200萬噸/日處理規(guī)模的50萬噸/日污水處理廠出水標(biāo)準(zhǔn)需由現(xiàn)有的一級A提升至準(zhǔn)地面四水標(biāo)準(zhǔn)； 根據(jù)污水資源化利用指導(dǎo)意見，本市城市再生水利用率需由現(xiàn)有的5%提高到25%； 城市部分老小區(qū)仍采用截流式合流制排水系統(tǒng)(占全市污水排放量的20%)，截流比例低，雨季溢流污染嚴(yán)重； 由于管網(wǎng)漏水，地下水位高，引水系統(tǒng)污水管網(wǎng)雨季流量大，雨季流量超過污水處理廠處理能力，造成溢流。 對此，傳統(tǒng)的解決方案都是基于慣性思維:嚴(yán)格的雨污分流、海綿城市建設(shè)、完整的管網(wǎng)、水庫建設(shè)等。，總投資400億元。面對理論上如此巨大的投入，而治理時間又不能太長，地方政府將面臨巨大的財政壓力。另外，如此龐大的工程會涉及很多協(xié)調(diào)方面，比如選址、征地、拆遷、配套等。，推進(jìn)難度大，實(shí)施周期長。
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