從「實驗室」走向「工程示範」——「雙碳」時代 碧水源節能型振動膜技術的突圍之路

  「雙碳」時代下,各行各業都在思考該如何實現更高效的綠色低碳發展。長期佔據高能耗行業前十位的「能耗大戶」——污水處理行業則更需要關注節能降耗、減污降碳的各項舉措。那麼,該如何通過技術創新實現「節能降碳提質」的協同發展,成為行業發展的新方向?中交集團城鄉水環境技術研發中心共建單位、中國城鄉高科技環保企業碧水源在「減污降碳協同治理」的路上已初步形成了全生命周期的減碳模式,並自主研發了中國污水處理行業首款振動膜技術。在2022年全國節能宣傳周之際,讓我們一起來了解下這項創新技術吧。 一直以來,碧水源把節能降耗和資源再生利用作為重要的研發方向,在膜產品研發、水處理設備升級、資源回收利用、碳排放信息化監測等多個環節持續探索著環保和節能降碳的創新之道。2021年10月,碧水源發佈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」目標戰略的新形勢下,對傳統曝氣型膜生物反應器(MBR)技術進行的成功創新升級,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外專家,歷時六年開發的科技創新成果。 

  振動膜生物反應器(V-MBR)技術發佈會 

  破解瓶頸,提前布局 

  上世紀90年代,MBR技術已廣泛應用於歐洲及北美的污水處理行業,但在國內才剛開始出現,MBR在國內雖然起步較晚,發展卻很迅速,2012年後全球大型MBR項目主要集中在中國境內。碧水源於2006年承建了國內首個萬噸級採用MBR技術的污水處理項目——北京密雲再生水廠,標誌著碧水源已成長為國內MBR產品與技術最具代表性的企業。 

  碧水源通過自主創新研發,使得MBR技術成熟度不斷提高和投資運行成本大幅降低,獲得了行業的廣泛認可和快速推廣。與傳統工藝相比,MBR工藝具有出水水質高、剩餘污泥少、佔地面積小、自動化智能化程度高、脫氮除磷效果好、運行穩定可靠等突出優點。為了助力「雙碳」戰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,攻堅克難積極研發綠色低碳的膜技術。由於加壓維持膜通量、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MBR採用曝氣吹掃的方式,用機械振動控制膜污染?經查閱大量國內外文獻資料發現,機械振動方式僅在國外有中小規模的試驗研究報導,尚未達到工程化水平,其技術可靠性與經濟可行性都不確定。懷著一顆技術創新的赤誠之心,2016年,碧水源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。 

  穩紮穩打,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、千噸級規模進行現場試驗,通過優化膜材料、裝填率、設備結構等參數不斷進行膜元件的改進,反覆測試膜組器的性能;在確定膜組器性能的穩定性後,建立整套工藝流程,通過調試膜通量、運行周期、溶解氧量、污泥濃度等參數,驗證整套工藝的可行性。經過長時間對多個試驗項目設備運行、出水水質的跟蹤以及第三方監測報告和核查報告,驗證了振動MBR工藝的可行性和可靠性。振動MBR技術用於城市污水處理的能耗較傳統曝氣MBR降低20%以上,出水總氮可降低3~5mg/L。

  丰台河西試驗(5000m3/d)振動膜反應器 對於中國典型城鎮污水,振動MBR工藝出水COD、氨氮、總氮與總磷可分別低於30、1、5、0.3mg/L。並且,在污水處理廠現有運行成本基礎上,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,可作為高品質再生水資源補給富營養化敏感湖泊水體。 通過評議,示範引領 

  振動膜生物反應器(V-MBR)技術一經問世,即被收錄進工信部、科技部、生態環境部聯合制定的《國家鼓勵發展的重大環保技術裝備目錄》,並於2021年10月通過了中國環保機械行業協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,在實際工程中的規模化應用屬國際領先,具有推廣價值」。 

  竇店再生水廠振動膜工藝單元 2021年5月,振動MBR技術在北京竇店再生水廠實現示範應用,處理規模為1.5萬噸/日,出水水質達到北京市《城鎮污水處理廠水污染物排放標準》B標準,相當於地表Ⅳ類水標準,出水排入當地的大石河,將市政污水轉化為大石河流域的生態補水,為流域水質提升、水環境改善與水生態安全做出了積極貢獻,也為高品質再生水在水環境敏感地區的資源化利用,起到了示範引領作用。  

  厚積薄發,未來可期 

  振動MBR技術成果的示範應用,標誌著中國污水處理行業膜技術取得了同時實現節能降耗和水質提升的重大突破,為「雙碳」時代的污水資源化技術開闢了新路徑,也為中交集團和中國城鄉踐行國家戰略、建設水務產業鏈「鏈長」提供了堅實的技術儲備。成績屬於過去,碧水源技術團隊並未停下前行的腳步,目前正在著力於開展二代振動膜組器設備及膜生物反應器工藝的研發,力爭在設備穩定性、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。 

  內容來源丨中國城鄉 

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