从“实验室”走向“工程示范”——“双碳”时代 碧水源节能型振动膜技术的突围之路

        “双碳”时代下，各行各业都在思考该如何实现更高效的绿色低碳发展。长期占据高能耗行业前十位的“能耗大户”——污水处理行业则更需要关注节能降耗、减污降碳的各项举措。那么，该如何通过技术创新实现“节能降碳提质”的协同发展，成为行业发展的新方向？中交集团城乡水环境技术研发中心共建单位、中国城乡高科技环保企业碧水源在“减污降碳协同治理”的路上已初步形成了全生命周期的减碳模式，并自主研发了我国污水处理行业首款振动膜技术。让我们一起来了解下这项创新技术吧。
　　一直以来，碧水源把节能降耗和资源再生利用作为重要的研发方向，在膜产品研发、水处理设备升级、资源回收利用、碳排放信息化监测等多个环节持续探索着环保和节能降碳的创新之道。2021年10月，碧水源发布的振动膜生物反应器(V-MBR)技术(以下简称：振动MBR技术)正是在国家实施“双碳”和“污水资源化”目标战略的新形势下，对传统曝气型膜生物反应器(MBR)技术进行的成功创新升级，是技术团队几十位从事膜材料、水处理工艺、机械、自动化控制领域的国内外专家，历时六年开发的科技创新成果。
　　破解瓶颈，提前布局
　　上世纪90年代，MBR技术已广泛应用于欧洲及北美的污水处理行业，但在国内才刚开始出现，MBR在国内虽然起步较晚，发展却很迅速，2012年后全球大型MBR项目主要集中在中国境内。碧水源于2006年承建了首个万吨级采用MBR技术的污水处理项目——北京密云再生水厂，标志着碧水源成长为国内MBR产品与技术具代表性的企业。
　　碧水源通过自主创新研发，使得MBR技术成熟度不断提高和投资运行成本大幅降低，获得了行业的广泛认可和快速推广。与传统工艺相比，MBR工艺具有出水水质高、剩余污泥少、占地面积小、自动化智能化程度高、脱氮除磷效果好、运行稳定可靠等突出优点。为了助力“双碳”战略目标以及保持市场竞争力，碧水源瞄准了进一步降低MBR技术运行能耗的目标，攻坚克难积极研发绿色低碳的膜技术。由于加压维持膜通量、增大曝气量减缓膜污染等因素均是造成高能耗的重要原因，通过在线和离线清洗的方式，虽可减轻膜污染问题，但频繁膜清洗会缩短膜的使用寿命，而时常更换膜组件又会增加运行成本。面对传统曝气MBR工艺的瓶颈，碧水源技术团队进行了深度思考：是否可以改变传统MBR采用曝气吹扫的方式，用机械振动控制膜污染？经查阅大量国内外文献资料发现，机械振动方式仅在国外有中小规模的试验研究报道，尚未达到工程化水平，其技术可靠性与经济可行性都不确定。怀着一颗技术创新的赤诚之心，2016年，碧水源总工程师俞开昌带领技术团队着手开展了第一代振动膜生物反应器(V-MBR)技术的开发。
　　稳扎稳打，逐级放大
　　技术团队从十吨级的小试做起，逐级放大到百吨级、千吨级规模进行现场试验，通过优化膜材料、装填率、设备结构等参数不断进行膜元件的改进，反复测试膜组器的性能；在确定膜组器性能的稳定性后，建立整套工艺流程，通过调试膜通量、运行周期、溶解氧量、污泥浓度等参数，验证整套工艺的可行性。经过长时间对多个试验项目设备运行、出水水质的跟踪以及第三方监测报告和核查报告，验证了振动MBR工艺的可行性和可靠性。振动MBR技术用于城市污水处理的能耗较传统曝气MBR降低20%以上，出水总氮可降低3——5mg/L。
　　对于我国典型城镇污水，振动MBR工艺出水COD、氨氮、总氮与总磷可分别低于30、1、5、0.3mg/L。并且，在污水处理厂现有运行成本基础上，仅需新增外加碳源及除磷药剂费用约0.2元/m3，振动MBR工艺即可将出水水质进一步提升至地表水(湖、库)Ⅳ类标准，其中总氮<1.5mg/L，总磷<0.1mg/L，可作为高品质再生水资源补给富营养化敏感湖泊水体。
　　通过评议，示范引领
　　振动膜生物反应器(V-MBR)技术一经问世，即被收录进工信部、科技部、生态环境部联合制定的《国家鼓励发展的重大环保技术装备目录》，并于2021年10月通过了中国环保机械行业协会组织的科技成果评议，专家组一致认为“振动MBR技术是该领域的重大技术突破，在实际工程中的规模化应用属领先行列，具有推广价值”。
　　2021年5月，振动MBR技术在北京窦店再生水厂实现示范应用，处理规模为1.5万吨/日，出水水质达到北京市《城镇污水处理厂水污染物排放标准》B标准，相当于地表Ⅳ类水标准，出水排入当地的大石河，将市政污水转化为大石河流域的生态补水，为流域水质提升、水环境改善与水生态安全做出了积极贡献，也为高品质再生水在水环境敏感地区的资源化利用，起到了示范作用。
　　厚积薄发，未来可期
　　振动MBR技术成果的示范应用，标志着我国污水处理行业膜技术取得了同时实现节能降耗和水质提升的重大突破，为“双碳”时代的污水资源化技术开辟了新路径，也为中交集团和中国城乡践行国家战略、建设水务产业链“链长”提供了坚实的技术储备。成绩属于过去，俞开昌和他的团队并未停下前行的脚步，目前正在着力于开展二代振动膜组器设备及膜生物反应器工艺的研发，力争在设备稳定性、极限脱氮除磷工艺方面取得新突破，将振动MBR技术打造成为国际领先的新一代污水资源化技术。