【重庆水处理设备网http://xqccscq.com/】黑水体检查、环保断面检查考核、汛期考核、管网提质增效，成为城市水环境面临的突出问题和公共管理压力的来源。工业界和学术界重视这些问题，纷纷开展相关工作。他们能指望什么技术手段？ E20水网固废网曾发表文章《再谈MBR:打破局面的金钥匙。“333”有多远？文中提到，随着膜材料和膜应用技术的巨大进步，“333”目标正在实现。那么，在这场城市治水的硬仗中，颠覆性的膜技术能否让现有的污水处理设施“打个翻身仗”？ 中国城市污水处理设施仍然脆弱，溢流污染压力大。 在“2022(第20届)水业战略论坛”上，中国规划院生态市政院院长王家卓分享了“基于弹性城市理念的城市水环境体系建设策略思考”主题。他说，近年来，我国城镇污水处理厂建设取得了很大进展，但整体仍处于脆弱的平衡状态，主要体现在冗余不足、抗干扰能力差、整体韧性不足等方面。大量的污水处理厂仍然存在。 事实上，经过多年努力，我国许多城市污水处理率已超过90%，枯水期水环境得到根本改善，实现了“水清、岸绿、鱼浅”。然而，每到雨季，大量溢出的雨污使水环境“一夜回到解放前”，使水环境治理效益大打折扣，成为许多城市棘手的治水难题。 2022年5月，生态环境部发布《关于加强2022年汛期水环境监管的通知》。通知指出，近年来，全国水环境质量不断改善，但枯水期“藏污纳垢”、雨季“零存全收”等问题突出。部分地区环境基础设施存在明显短板，汛期部分断面污染强度长期居高不下。城乡非点源污染日益成为制约水环境持续改善的主要矛盾。 此外，环保断面和环境容量的压力进一步传导到污水处理设施的压力，污水资源再生水回用率的要求也是地方政府和水务部门不易解决的难题。 复杂的问题很难摆脱顾此失彼的困境。 作为城市治水的痛点和难点，雨季溢流污染的治理并不容易，涉及基础设施改造、排水系统管控、城市规划、产业导向等诸多方面。控制思想的确定会影响全身。 在“2022(第二十届)水业战略论坛”上，中国人民大学低碳水环境技术研究中心主任王洪臣提到，无论是合流制还是分流制，设计不合理或建设标准低都会导致严重的溢流污染。根据受纳水体的要求，合理确定截流倍数是建设合流制排水系统的关键，相关标准规范建议为2 ~ 5倍，这就要求建设足够容量的调蓄设施，污水处理厂也需要足够的容量冗余。重庆纯水设备 对于溢流污染，常见的解决方案有导流系统改造、储水池建设、海绵城市建设等。但对于一个中等城市来说，要完全采用上述解决方案并取得满意的效果，至少需要几百亿的短期投入。但在当前疫情下，地方政府一般财力“捉襟见肘”，难以保证所需资金投入。此外，无论是引水系统改造、海绵城市建设还是调蓄池建设，都会涉及征地拆迁等一系列配套工作，实施难度大，建设周期长。系统工程建设的长期性与水环境治理的短期压力之间存在矛盾。“远水解不了近渴”。 此外，CSO快速处理设施也是雨季溢流污染的手段之一，具有投资低、占地小、启动快等优点。而CSO快速处理设施一般以物化处理工艺为主，对ss、TP有较好的去除效果，但对生化处理为主的COD、氨氮、TN去除效果有限，出水难以达到城市污水排放标准。在雨季没有专门的排放标准和汛期环保考核的压力下，只采用物化处理工艺的CSO快速处理设施只能作为污水处理的预处理单元。重庆GMP纯化水设备 提高现有污水处理厂的处理能力，高效超滤MBR的新机遇 那么，我们可以新建一个和以前一样大的污水处理厂吗？众所周知，污水厂及配套管网的实施将是一笔巨大的投资，此外还将面临新污水厂选址、征地、拆迁等一系列困难。 最重要的是，我们在污水处理领域不再贫穷。可以尝试将目标转向现有存量污水处理厂，挖掘现有存量污水处理厂的处理能力，就地增加其雨季处理能力。从理论上讲，这是一个投资少、见效快的高性价比方案。 清华大学环境研究所的王凯军教授曾经提到过中国污水处理系统的现状。面对我国城市近100%的污水处理率和严重的溢流污染，污水处理普遍存在产能过剩(低COD)的情况。国内的解决方案应不同于欧美国家的一级或一级集约化处理，而应充分利用已建成的城市污水基础设施。这样，污水处理厂进水浓度低就是一个优势。从简单的污水处理设计原理来看，如果浓度增加一倍，就意味着流量可以增加一倍。我们可以把坏事变成好事来解决溢出污染问题。 我国大部分城市的污水处理厂实际进水浓度低于设计进水浓度，雨季会更低，客观上使得生化池在雨季处理两倍甚至更高流量的干污水成为可能。传统A2O工艺在解决了雨季生化池的容量问题后，需要重新审视二沉池，主要制约因素是二沉池雨季流量负荷的瓶颈。 污水处理厂流程理论在更新，相关标准也在跟进。2021年10月开始实施的国家标准《室外排水设计标准》显示，污水处理厂污水量的变异系数较之前的标准大幅增加。比如10万吨/日污水处理厂的流量总变异系数从1.3提高到了1.5。 看来，提高终端污水处理厂的峰值处理能力是城市污水处理设施演进中不可回避的一点。但问题是如何实现。 今年6月，E20水网固废网发表文章《解决溢流污染，应向火星救援学习》，文中提到用工程思维(engineer thinking)解决溢流污染这一棘手的环境问题。工程思维是在资源有限、条件不足、约束的前提下实现目标。想象一个已经建成的污水处理厂。能否在不增加新土地的情况下，以最小的投资成本和最短的实施周期，实现4倍于现有枯水期处理能力的雨季高峰处理能力？重庆GMP纯化水设备 下面是一些实际应用场景的启发。 第一种情况是使用MBR膜将传统A2O或氧化沟污水处理厂的容量加倍并同时提高标准的常见解决方案。 也就是说，只需要将原有的二沉池改造成膜池，不需要增加生化池容量，辅以少量其他配套工程措施，就可以使污水处理厂的处理能力翻倍，出水标准从B级或A级提升到准IV级水标准，同时实现扩容和提标的双重目标。这种情况非常普遍，已经成为MBR工艺用于现有污水厂扩容升级的利器。然而，现有用户抱怨传统的微滤MBR膜运行成本高，维护麻烦。 第二个场景以德国Nordkanal污水处理厂为例。 该厂为合流制排水系统服务，旱季处理能力约为2万吨/日，雨季最大处理能力约为4.5万吨/日。采用MBR工艺。MBR膜为小孔径超滤膜，平均孔径为40nm。这个厂的MBR超滤膜已经用了13年，一直没有更换。该膜在雨季仍具有超过40LMH的膜通量运行能力。 结合以上两种应用场景，我们用工程思维思考，如何改造一个处理能力为5万吨/日，采用传统A2O工艺，出水标准为一级B的污水厂，更好地提高其效率，使其适应新的环保要求。 我们可以将二沉池改造成膜池，安装孔径为30~40nm的高通量长寿命超滤MBR膜，将生化池中的传统曝气器更换为节能型曝气器，从而达到改性膜工艺吨水综合成本与原传统工艺基本相同的“333”目标。同时，由于高性能超滤膜在雨季具有非常好的流量弹性(解决了微滤膜难以实现的弹性峰值流量问题)，可以在雨季实现40~55LMH的峰值高通量运行。这样，原有的5万吨/日的传统污水处理厂，改造后旱季处理能力达到10万吨/日，雨季进水浓度较低时最高可达20万吨/日。重庆纯水设备这是一个非常有吸引力的解决方案。 上海市城市建设设计研究院总工程师、上海市城市雨水管理工程技术研究中心主任朱浩川表示，应用高通量、长寿命、低成本运行模式的超滤膜MBR工艺，可以减少溢流污染，在不增加新土地、不建设调蓄设施的情况下，对城市水环境的改善具有重要价值。 另外，膜的出水直接达到高标准再生水的水质标准，不小心解决了城市再生水利用率和污水资源化的问题。高效超滤MBR确实大有可为。 从高质量发展的角度看“电影” 让我们继续拓宽视野，站在城市大局中思考，看看会有什么不同。 清华大学环境研究所教授胡红英认为，“高效”和“可持续”是高质量发展的核心，建立区域水生态循环体系是水产业高质量发展的有效路径。 以“高效”和“可持续”为准绳，在不限制原有认知框架的情况下重新审视和梳理问题，可能会带来不同的效果。 根据上述膜水处理技术，可以在不增加新土地的情况下，实现现有污水厂的原位同步扩容提标。污水厂旱季处理能力是原来的两倍，雨季峰值处理能力是原来旱季平均处理能力的四倍。而且在不建设储水池和管网的前提下，少投资或不投资，同步推进城市再生水利用率和污水资源化利用。 此外，30~40nm超滤膜对包括新冠肺炎在内的水中新兴污染物包括微塑料和病毒细菌具有非常高的截留效率，提高了出水的生物安全性。污水处理厂真正成为了城市的“第二水源”，这才是真正意义上的一石多鸟。 关于业内人士关注的MBR工艺污水处理厂运行成本，“再谈MBR:破局金钥匙，“333”还有多远？文中提到，随着膜材料和膜应用技术的巨大进步，“333”目标正在实现，“膜三贵”的痛点已经解决，用户将获得与传统工艺综合运行成本相当的膜产品和膜技术。施泰和碧水园等膜技术制造商对此持乐观态度。 石泰总工程师白海龙表示，小孔径(孔径30~40nm)、超高孔隙率、均匀性好的超滤膜技术取得了颠覆性的突破，膜应用技术的创新使MBR膜实现了可持续的高通量、长寿命、低能耗。这赋予了MBR工艺新的生命，原有的优势继续得到强化，原有的痛点得到解决，量变导致质变，新的应用模式和场景被创造。 因此，我们预计，高性能超滤MBR膜技术很可能在此轮城市污水处理招标活动中胜出。 中国市政工程华北设计研究院上海分院副院长张莉总结:第一，土地的高效集约利用，基本不用担心新增污水处理设施用地；二是大大节省了管网和土建的投资成本，只需少量资金就能达到预期效果；三是实施难度低，建设周期短；四是水污染治理和污水资源化利用需求得到同步解决；第五，老城区雨污分流难，溢流污染痛点自动解决；第六，这是新出现的污染物和生物安全的额外好处。从多个角度看，是颠覆性膜技术创新带来的“高效率、低成本”解决方案，有利于建立区域水生态循环系统，构建“可持续”的水资源体系。 白海龙还提到，技术进步大大提高了效率。关键的“门槛”一旦被打破，就有可能颠覆传统的商业模式和认知框架，引发价值体系的重新配置，产生全新的服务和解决方案。我们隐约看到水务行业即将重复其他行业的转型案例，比如太阳能电池廉价接入互联网，导致传统燃煤电厂转型；锂电池电动车低成本的冲击导致传统燃油车厂商转型。 在2022(第二十届)水业战略论坛上，e 20研究院执行院长薛涛做了题为“薛涛:三生万物，谈再生水”的主题演讲，对影响十五水业发展的“水十条”、“污水处理提质增效”、“污水资源化”三个政策文件进行了深入分析。从中也提到了资金的有限性和治理的紧迫性会导致治理时机的问题，这个问题最终会反馈到具体的技术选择上。典型的是，雨污综合分流和海绵城市建设在断面达标和CSO溢流控制方面，重庆纯水设备在资金和时间上与当前的治理要求不匹配。 正如薛涛也说的，环保市场一定是在高压公共管理的压力下，来自于技术和商业模式相互交融产生的创新。在这样的突破中，底部两个元素的合并力会向上反弹。在行业即将进入高质量发展下半场的当下，在政府财政和生态环境的双重压力下，技术创新是否会导致商业模式和公共管理的改变？这是值得期待的。 算一笔经济账 让我们以一个有一定规模的城市为例，算算经济账，看看颠覆性膜技术(以下简称新膜技术)对城市治水可能带来的影响和变化。 一个地级市的常住人口在600万左右。目前，本市污水处理厂总处理能力约为200万吨/日。本市治水的需求和痛点如下: 由于城市的发展、新产业的引入和污水收集率的提高，预计未来10年全市污水总量将增加到300万吨/日，需要新增100万吨/日污水处理能力，其中30万吨/日位于新区； 根据城市水环境容量和国控断面考核压力，现有200万吨/日处理规模的50万吨/日污水处理厂出水标准需由现有的一级A提升至准地面四水标准； 根据污水资源化利用指导意见，本市城市再生水利用率需由现有的5%提高到25%； 城市部分老小区仍采用截流式合流制排水系统(占全市污水排放量的20%)，截流比例低，雨季溢流污染严重； 由于管网漏水，地下水位高，引水系统污水管网雨季流量大，雨季流量超过污水处理厂处理能力，造成溢流。 对此，传统的解决方案都是基于惯性思维:严格的雨污分流、海绵城市建设、完整的管网、水库建设等。，总投资400亿元。面对理论上如此巨大的投入，而治理时间又不能太长，地方政府将面临巨大的财政压力。另外，如此庞大的工程会涉及很多协调方面，比如选址、征地、拆迁、配套等。，推进难度大，实施周期长。

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