碧水源新型膜技術進入高效“節(jié)能降碳提質”模式

2021年是“十四五”的開局之年，亦是中國開啟“碳中和”的元年。污水處理行業(yè)被認為是耗能大戶，以實現(xiàn)2030年前碳達峰、2060年前碳中和目標為引領，我國污水處理領域綠色低碳轉型發(fā)展也已按下“加速鍵”，實現(xiàn)“雙碳”目標的技術創(chuàng)新成為行業(yè)討論的熱點和探索的方向。高科技環(huán)保企業(yè)碧水源作為我國水處理行業(yè)領軍企業(yè)，經過二十年的創(chuàng)新發(fā)展，已圍繞綠色低碳循環(huán)發(fā)展進行超前布局，對新型膜技術研發(fā)攻堅克難，自主創(chuàng)新研發(fā)出低能耗曝氣MBR組器、振動膜生物反應器等新型膜產品，以及低能耗MBR工藝、MBR-DF雙膜新水源工藝等水處理工藝，成功實踐著高效節(jié)能降碳提質的協(xié)同創(chuàng)新。

節(jié)能降耗是污水處理廠碳中和的重要方向之一

我國城鎮(zhèn)污水處理設施經過“十一五”至“十三五”時期的高速建設，已形成規(guī)?；奶幚砟芰?。污水處理廠是削減水中污染物最主要的環(huán)節(jié)，但在此過程中也產生了大量的碳排放。據統(tǒng)計，我國污水處理行業(yè)的電耗約占全國總用電量的1%，而碳排放量約占全國總排放量的2%。高能耗將導致大量間接碳排放。

污水處理碳排放包括間接排放和直接排放。IPCC(聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會)、京都議定書規(guī)定需對直接排放中的二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亞氮(N2O)、氫氟碳化物(HFCs)、全氟碳化物(PFCs)及六氟化硫(SF6)六種溫室氣體進行消減，以有效控制氣候變化。其中，污水處理過程中產生并逸散大量甲烷和氧化亞氮，是重要的直接碳排放源。間接排放主要發(fā)生在電耗和藥耗兩部分。

據中國人民大學環(huán)境學院教授王洪臣基于各地區(qū)代表性污水處理廠典型工藝運行數(shù)據分析及實時監(jiān)測，經測算得出，2015年，我國污水處理行業(yè)碳排放量為3984.7萬t CO2當量，其中，電耗產生的間接碳排放量為1401.6 t CO2當量，占行業(yè)總碳排放量的35%。

中國的污水產量和處理規(guī)模居世界首位，并且十年間一直在不斷增長。隨著各地提標改造的實施，我國污水處理能耗將進一步增大。面對巨大的能耗物耗，污水處理領域的碳減排工作已迫在眉睫。從國外污水處理行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀來看，“以高能耗高物耗為基礎的優(yōu)質出水”以及由此帶來的“減排水污染物、增排溫室氣體”局面不利于我國污水處理行業(yè)的健康發(fā)展，降低電耗將是未來污水處理行業(yè)碳減排的重要方向之一。

碧水源新型膜技術成功實現(xiàn)“節(jié)能降碳提質”的協(xié)同創(chuàng)新

生態(tài)環(huán)境部總工程師、水生態(tài)環(huán)境司司長張波曾表示，再生水是城市一個巨大的穩(wěn)定水源，再生水循環(huán)利用既可以減少污染源的排放，也可以減少碳的排放。膜技術正是實現(xiàn)污水高等級資源化，即再生水循環(huán)利用的關鍵技術。污水高等級資源化利用，同時解決了水環(huán)境污染和水資源短缺問題，是一把鑰匙打開了我國高質量可持續(xù)發(fā)展瓶頸上的兩把“鎖”。

據了解，作為我國大型MBR膜生物反應器技術的開創(chuàng)者和推廣者，碧水源近年來持續(xù)開發(fā)新型膜材料并取得了重大突破，以低能耗曝氣MBR組器為代表的新產品，目前已開發(fā)至第四代，在提高產品性能的同時，降低了制造成本和運行能耗。其中，單個膜組器裝填面積由第1代的900多m2提高到了2500多m2，裝填面積的提升，將使能耗顯著下降。此外，通過組器水力學優(yōu)化、元件結構優(yōu)化、曝氣方式優(yōu)化、化學清洗優(yōu)化，減少了膜吹掃的耗能，使得噸水電耗從2005年第1代的0.25度電，降至0.1度電，降幅約70%。該產品對膜工藝的升級迭代及推動我國污水處理行業(yè)的綠色低碳發(fā)展作出了積極貢獻。

污水處理廠的曝氣過程也是高耗能環(huán)節(jié)。碧水源自主創(chuàng)新研發(fā)了以振動膜生物反應器技術、強化脫氮除磷技術為核心的低能耗MBR工藝，其最大特點是能耗低、脫氮效果好、膜抗污染性強，同時實現(xiàn)節(jié)能、降碳和提質三重效果。

其中，碧水源振動膜生物反應器技術依靠電機帶動MBR組器機械振動，即水不動膜動，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)高強度曝氣吹掃的膜污染控制方式，使得投資成本和電耗均明顯下降。在生化階段，采用“兩高一低”的強化脫氮除磷技術，即高污泥濃度、高回流比、低溶解氧，在不外加碳源的條件下，出水水質可優(yōu)于地表水Ⅳ類標準，總氮可實現(xiàn)不高于5 mg/L，噸水能耗可降至0.3度電，與傳統(tǒng)非膜深度處理工藝基本持平。與傳統(tǒng)曝氣MBR工藝相比，可實現(xiàn)碳減排25%-30%，以處理規(guī)模為10萬噸/日的污水處理廠為例，一年可降低能耗365萬度電，多消減總氮逾百噸。

目前，碧水源振動膜生物反應器技術已成功應用于北京竇店再生水廠，處理規(guī)模為1.5萬噸/日，出水水質達到北京市《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標準》的B標準，相當于地表水Ⅳ類水標準，可將當?shù)氐氖姓鬯D化為位于北京西南區(qū)域的大石河流域生態(tài)補水。未來，振動膜生物反應器技術將替代傳統(tǒng)MBR膜技術成為污水高等級資源化領域重點推廣應用的方向。

振動膜生物反應器(V-MBR)污水深度處理集成裝備

北京竇店再生水廠

在高品質再生水回灌水源地或用于環(huán)境敏感地區(qū)生態(tài)補水等方面，碧水源創(chuàng)新研發(fā)出MBR-DF雙膜新水源工藝，與新加坡NEWater技術，即在傳統(tǒng)的污水處理廠后增加超濾-反滲透技術相比，系統(tǒng)運行壓力可降低60%~70%，能耗下降60%~65%，出水水質達到地表Ⅲ類水以上，已成為北京、天津等對再生水有高標準要求的地區(qū)、洱海流域等水環(huán)境敏感地區(qū)、特殊行業(yè)需求等水質穩(wěn)定達標的支撐性技術。

在我國污水處理行業(yè)減污降碳綠色協(xié)同發(fā)展的道路上，碧水源深耕膜法水處理技術的研發(fā)、應用和膜裝備制造，把節(jié)能降耗、提質增效、能源資源回收作為核心的研發(fā)方向，貫穿污水處理全流程，且擁有眾多成功案例，為我國實現(xiàn)“降碳提質”目標做出了積極貢獻。業(yè)內人士認為，依托碧水源等高科技環(huán)保企業(yè)的創(chuàng)新技術產品、先進工藝，以及持續(xù)性的自主研發(fā)能力，應運而生的膜技術低碳模式，帶動污水處理行業(yè)實現(xiàn)“碳中和”的路徑已經明朗，未來將會出現(xiàn)更多關鍵技術的突破和可供借鑒的典型項目。

編輯：趙凡