污水行業(yè)顛覆性機遇——世浦泰新膜法如何實現(xiàn)“既要”“又要”“還要”

3月23日，“2023（第二十一屆）水業(yè)戰(zhàn)略論壇”上，上海世浦泰新型膜材料股份有限公司董事、總工程師白海龍，以“顛覆性超濾膜產(chǎn)品——新膜法下應(yīng)用場景的升級”為主題，從四個方面：膜法困惑、膜法突破、新膜法新應(yīng)用場景、膜法的產(chǎn)品化，分享了世浦泰的經(jīng)驗。

核心觀點

1、污水MBR膜工藝目前面對的最大問題是“膜三貴”， 要解決買膜貴、用膜貴、換膜貴，就需要從經(jīng)濟和性能優(yōu)化兩個角度出發(fā)來解決政府和水務(wù)公司的痛點。

2、世浦泰新膜法源自于德國、加拿大、匈牙利和中國等上百位頂尖工程師，持續(xù)10年多、耗資近10億元人民幣的單點突破研發(fā)成果。世浦泰的新膜法顛覆性地實現(xiàn)了，既要“出水水質(zhì)直接達到回用標(biāo)準(zhǔn)、減少50%以上占地”的傳統(tǒng)膜法優(yōu)勢，政府又要“噸水價不漲、150~200%雨季來水能處理”，水務(wù)公司還要“投資回報率增加、不再焦慮傳統(tǒng)膜法頻繁的維護和更換”。

3、歐美市場10年前已完成從普通微濾MBR向高端超濾MBR的升級切換，而世浦泰顛覆性超濾MBR工藝新膜法的全生命周期噸水綜合成本，不僅大幅低于傳統(tǒng)MBR工藝，并首次低于傳統(tǒng)AAO工藝的噸水綜合成本。

膜技術(shù)作為污水處理領(lǐng)域使用最廣泛的技術(shù)之一，發(fā)展受到不少同行專家的關(guān)注。膜技術(shù)賽道中也涌現(xiàn)出部分優(yōu)秀的企業(yè)，其中世浦泰作為進入中國污水處理市場的德國品牌，以卓越的技術(shù)產(chǎn)品先后取得了數(shù)十個大規(guī)模示范性業(yè)績的成功應(yīng)用和行業(yè)專家認可。

在如今環(huán)境產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展變局之下，細分賽道企業(yè)在浪潮中對技術(shù)發(fā)展的思考，對產(chǎn)品化推動和發(fā)展尤為珍貴。

3月23日，“2023（第二十一屆）水業(yè)戰(zhàn)略論壇”上，上海世浦泰新型膜材料股份有限公司董事、總工程師白海龍，以“顛覆性超濾膜產(chǎn)品——新膜法下應(yīng)用場景的升級”為主題，從四個方面：膜法困惑、膜法突破、新膜法新應(yīng)用場景、膜法的產(chǎn)品化，分享了世浦泰的經(jīng)驗。

白海龍

01膜法之困惑：“膜三貴”問題的解決需要從性能和經(jīng)濟入手

白海龍指出，膜技術(shù)和新能源車面臨的問題具有相似性，解決這些問題，都需要把性能和經(jīng)濟作為突破口。近兩年即使受到疫情影響，新能源車年增長率仍然高達90%以上，且市場滲透率即將突破30%的關(guān)鍵點，意味著近期必然會對燃油車產(chǎn)業(yè)進行巨大的顛覆，是一種洗牌式的重塑。

新能源車之所以能夠取得如此進展，主要是在性能和經(jīng)濟上取得突破。伴隨新能源車技術(shù)不斷取得突破，已經(jīng)克服初期的許多性能缺陷，在續(xù)航里程、可靠性等指標(biāo)上已經(jīng)接近燃油車，甚至在另一些性能上優(yōu)于燃油車。再加上，經(jīng)濟性問題得到解決，新能源車越來越便宜，促使新能源車得到快速發(fā)展。

白海龍表示，新能源車解決了性能和經(jīng)濟兩大問題，刺激市場需求爆發(fā)。如今，膜技術(shù)在水務(wù)領(lǐng)域遇到的困惑和機遇與新能源車類似。膜技術(shù)細分涉及領(lǐng)域較多，其中，超濾膜已經(jīng)是市政供水領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的工藝之一。污水MBR膜得益于碧水源等國內(nèi)生產(chǎn)商的不懈努力，歷經(jīng)了10年左右的高速發(fā)展期。目前國內(nèi)城鎮(zhèn)污水廠中使用MBR膜工藝的規(guī)模大概占10%左右，意味全國每天2億多噸污水的處理規(guī)模下有2000多萬噸水采用MBR膜工藝。

如何突破MBR膜工藝市場占有率，首先需要從客戶角度進行思考。現(xiàn)階段，MBR用戶出現(xiàn)涇渭分明的挺膜派和反膜派，形成國內(nèi)污水處理工藝選擇時特有的現(xiàn)象。

挺膜派認為MBR優(yōu)點是出水標(biāo)準(zhǔn)高、占地省、產(chǎn)泥量小等等；

反膜派認為缺點是投資高、運行成本高、換膜成本高。

總結(jié)反膜派觀點，是買膜貴、用膜貴、換膜貴，簡稱“膜三貴”，其本質(zhì)是經(jīng)濟和性能問題。如下圖所示，藍色部分代表經(jīng)濟問題，綠色部分代表性能問題，性能和經(jīng)濟問題之間存在相關(guān)性，性能影響經(jīng)濟性，“膜三貴”解困需要從性能和經(jīng)濟性兩個角度出發(fā)。

就“買膜貴”而言，第一是膜的單價下降，膜單價相較于十年前，已經(jīng)大幅下降；第二是膜通量，如果單位面積膜的膜通量能翻倍，即產(chǎn)水量能夠翻倍，則成本、能耗、膜池土建都會大幅降低；

就“用膜貴”而言，主要是降低膜吹掃的氣水比。降低氣水比和膜裝填密度、膜通量、膜曝氣形式三個指標(biāo)密切相關(guān)，有效改善三個指標(biāo)，能夠有效降低膜吹掃的氣水比，從而解決“用膜貴”問題；

就“換膜貴”而言，2022年8月，蘇伊士羅敏博士在《可持續(xù)的LEAPmbr實現(xiàn)污水廠升級改造》報告中，提到在歐美市政領(lǐng)域MBR超濾膜的平均壽命已達到12.5年，國內(nèi)市政污水主流使用的MBR微濾膜平均使用壽命則在5年左右。從經(jīng)濟角度出發(fā)，由于超濾膜和微濾膜的平均壽命差異巨大，國內(nèi)水務(wù)企業(yè)越來越重視MBR使用壽命差異所帶來的巨大噸水成本變動。

02膜法之突破：逐一突破“膜三貴”問題

1. 買膜貴之攻破膜通量難題

解決膜通量首先需要先關(guān)注膜孔徑，在國內(nèi)MBR膜孔徑并不受到重視，但膜孔徑能夠影響可持續(xù)的膜通量，也是膜使用壽命的關(guān)鍵因素。

以0.1微米為界限，孔徑大于0.1微米是微濾，孔徑小于0.1微米是超濾。自來水目前基本用超濾，但在市政污水領(lǐng)域，國內(nèi)目前是超濾、微濾并存的狀態(tài)。

通常污水中的細菌尺寸≥0.2微米，MBR負壓抽吸導(dǎo)致細菌尺寸會壓縮至0.08微米左右，所以很容易穿透微濾膜。細菌一旦穿透會有少量停留在膜孔內(nèi)筑巢、繁殖，長年累月造成膜孔徑不斷縮小直至堵塞，雖然藥劑清洗能去除較高比例，但膜孔變小和堵塞的趨勢不會改變，最終會造成膜通量不可逆的衰減，從而影響膜的使用壽命。正因如此，歐美市場10年前已完成從普通微濾MBR向高端超濾MBR的升級切換。目前國際一線品牌均使用小孔徑超濾（小于0.05微米）用于MBR，例如GE（現(xiàn)威立雅）平均膜孔徑是0.04微米，世浦泰平均膜孔徑是0.03微米。

超濾和微濾，對于污水中細菌尺寸而言，實際上對膜孔影響的位置是不同的。超濾膜因孔徑比細菌小一個數(shù)量級，運行一段時間后細菌會吸附在膜孔表面，通過反洗可以清潔，所以這一過程是可逆的；但對于與細菌尺寸同一個數(shù)量級的微濾膜而言，部分細菌在負壓抽吸時卻能夠進入微濾膜孔內(nèi)部，導(dǎo)致微濾的堵塞是不可逆的。

為了提升膜通量，膜制造商一般有兩種改造膜孔徑的路徑：第一種是增大膜孔尺寸，在純水中實測時會發(fā)現(xiàn)通量確實增大了，但在污水使用中卻發(fā)現(xiàn)該方法提升的通量是不可持續(xù)的、且流量彈性較小（平均膜通量≤20LMH，峰值膜通量≤ 25LMH ）的問題，即國內(nèi)用戶普遍觀察到的膜通量衰減較快、膜使用壽命較短（生活污水 3~7年）；第二種是提升開孔率且維持超濾膜孔徑尺寸，這是一種材料層面的本質(zhì)提升，但世浦泰選擇了這條最難的路徑。世浦泰高性能超濾膜孔徑小且均勻、純水通量高、污水中MBR高通量可持續(xù)、流量彈性大（平均膜通量28～32LMH， 峰值膜通量≤60LMH）、膜通量衰減慢、膜使用壽命長（生活污水 10～15年）。

目前國內(nèi)外市場主流的膜通量指標(biāo)相差很大。國產(chǎn)常規(guī)市政污水膜產(chǎn)品的通量為10～15LMH，國產(chǎn)一線膜產(chǎn)品的通量為15～20LMH，國際一線平均膜產(chǎn)品的通量為25～28LMH。比如，德國最大的MBR污水處理廠使用超濾MBR膜13年還沒有更換，雨季峰值膜通量運行時按40LMH以上運行。世浦泰超濾膜在國際一線膜通量水平基礎(chǔ)上又取得了突破，平均膜通量達到30～32LMH，峰值膜通量最高達到60 LMH。

2. 用膜貴、換膜貴之降低膜能耗

白海龍表示，世浦泰分別從兩個方面攻克膜系統(tǒng)的能耗問題：

（1）降低膜吹掃能耗

國內(nèi)常規(guī)微濾MBR工藝污水廠的電耗占比中，膜系統(tǒng)的能耗約占一半，遠遠高于生化系統(tǒng)能耗。其中，膜系統(tǒng)的噸水電耗中膜吹掃曝氣鼓風(fēng)機占比約75%，由此可以看出，降低膜吹掃能耗，就能夠大大節(jié)約膜系統(tǒng)消耗。

世浦泰高性能超濾膜組器相比微濾膜組器可成功實現(xiàn)膜吹掃運行能耗降低50~70%。

（2）降低MBR工藝系統(tǒng)回流能耗

傳統(tǒng)AAO-MBR工藝流程采用三段回流，減少回流段，能夠有效降低MBR工藝系統(tǒng)的回流能耗，例如新加坡某污水廠采用五段AO-MBR工藝，采用一段回流，膜吹掃曝氣能耗小于0.04 kwh，全廠噸水電耗僅0.27kwh。

綜合來看，解決“膜三貴”的經(jīng)濟性問題需要達到以下“333”的目標(biāo)：對于日處理規(guī)模萬噸級以上的城鎮(zhèn)污水處理廠而言，需要能夠持續(xù)穩(wěn)定運行達到30L/(㎡·h)的膜通量、膜吹掃氣水比降至3：1以下、MBR工藝污水廠全廠運行噸水電耗降至0.3kwh/m3以下。

世浦泰超濾MBR膜經(jīng)過多年的研發(fā)和實踐應(yīng)用，大量應(yīng)用數(shù)據(jù)說明世浦泰膜產(chǎn)品已經(jīng)具備了非常出色的表現(xiàn)力和經(jīng)濟性。以5萬噸/天處理規(guī)模、準(zhǔn)四標(biāo)準(zhǔn)的污水廠為例，按20年的生命周期全成本計算，世浦泰新MBR膜的噸水綜合成本不僅大幅低于傳統(tǒng)MBR工藝，并首次低于傳統(tǒng)AAO工藝的成本。

3、新膜法之新場景：原址原位產(chǎn)能翻倍、準(zhǔn)IV出水、水價不漲且投資回報率增加

3.1 以單獨污水廠為應(yīng)用場景

若以4萬噸/天某污水廠為例，希望原址原位擴容到8萬噸/天，出水標(biāo)準(zhǔn)從一級A到準(zhǔn)四類水。世浦泰的新膜法顛覆性地實現(xiàn)了，既要“出水水質(zhì)直接達到回用標(biāo)準(zhǔn)、減少50%以上占地”的傳統(tǒng)膜法優(yōu)勢，政府又要“噸水價不漲、150~200%雨季來水能處理”，水務(wù)公司還要“投資回報率增加、不再焦慮傳統(tǒng)膜法頻繁的維護和更換”。目前傳統(tǒng)膜法已可以實現(xiàn)“既要”這一部分，但“又要”和“還要”這兩部分，世浦泰新膜法是唯一可以成功實現(xiàn)的解決方案。

清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授、國家環(huán)境保護技術(shù)管理與評估工程技術(shù)中心主任王凱軍在《環(huán)保回憶錄》中也提到了管網(wǎng)的提質(zhì)增效問題，文中表示，管網(wǎng)修復(fù)不能一蹴而就，可以換個思路，是否可利用存量污水廠利用雨季低進水濃度特點實現(xiàn)雨季更多的處理污水以防止溢流。基于這一思路，世浦泰從解決二沉池流量負荷瓶頸的角度入手，將二沉池替換為具有高流量彈性的超濾膜產(chǎn)品，無需調(diào)節(jié)池，降低溢流污染。

3.2 以區(qū)域排水規(guī)劃和總投資額為應(yīng)用場景

舉例，某城市城區(qū)有A和B兩座污水處理廠，均由某水務(wù)公司負責(zé)投資、建設(shè)和運營。

A廠為6萬噸/天，服務(wù)于老城區(qū)，排水體制采用截流式的合流式，出水標(biāo)準(zhǔn)一級A。

截流倍數(shù)低，雨季溢流污染嚴(yán)重；管網(wǎng)不斷完善，老城區(qū)晴天處理規(guī)模需要從現(xiàn)狀6萬噸增至12萬噸/天；國控斷面的考核和水環(huán)境容量壓力，出水標(biāo)準(zhǔn)需從一級A提升至準(zhǔn)四類水。

B廠為4萬噸/天，服務(wù)于新城區(qū)，排水體制采用分流式，出水標(biāo)準(zhǔn)一級A。

由于新產(chǎn)業(yè)導(dǎo)入，污水處理量需要從4萬噸增至8萬噸/天；該城市的再生水利用率需從5%提升至25%，而新產(chǎn)業(yè)的中水回用導(dǎo)致有提標(biāo)需求；由于管網(wǎng)滲漏且地下水位較高，分流制在雨季時管網(wǎng)流量仍超出污水廠處理能力。

傳統(tǒng)解決方案，一般均采用新增管網(wǎng)、泵站、調(diào)蓄池、原廠提標(biāo)、新建污水廠等一系列手段來解決，經(jīng)國內(nèi)大型設(shè)計院經(jīng)驗值測算，工程總投資約18.4億，土建需求161畝。

但世浦泰新膜法方案，可在不新增用地前提下對A和B廠均原址原位翻倍擴能并同步提標(biāo)到準(zhǔn)四類（污水可資源化），一般無須其它額外投資。同時高性能超濾膜所具有的高流量彈性，使污水廠雨季峰值處理能力可達到晴天處理能力的150~200%，有效避免了雨季溢流污染，減少高昂的雨污分流管網(wǎng)改造和調(diào)蓄池建設(shè)等投資。

新膜法解決方案總投資僅2.84億、新增用地0畝，相比傳統(tǒng)解決方案可節(jié)約80%以上的工程投資、同時無需新增土地資源。

白海龍總結(jié)道，新膜法工藝下市政污水的處理能夠完成包括解決擴能、提標(biāo)、節(jié)約用地、雨季溢流污染、縮短施工周期、提高生物安全性和大幅節(jié)省總投資等多目標(biāo)的同步實現(xiàn)。

世浦泰高性能膜產(chǎn)品對各類型水務(wù)公司的價值可總結(jié)為：“對于已經(jīng)用膜的水務(wù)公司，世浦泰可協(xié)助提升已衰減的產(chǎn)水量，并通過微濾換超濾來大幅降本，從此不再焦慮維護和更換的頻繁；對于尚未用膜的水務(wù)公司，世浦泰可通過新膜法或膜箱來擴能提標(biāo)，幫助政府大幅節(jié)省投資額的同時，提升水務(wù)公司自身的投資回報率。”

03產(chǎn)品化之思考：顛覆性新膜法破局需要什么？

世浦泰背靠中資，以德國知名品牌為平臺，更有效地整合國際研發(fā)和頂尖人才資源，以標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)品化角度來化解中國水務(wù)行業(yè)的市場痛點，實現(xiàn)水務(wù)行業(yè)第三次浪潮的跨越。

對于3萬噸/天以上的傳統(tǒng)工藝污水廠，世浦泰顛覆性的新膜法，將幫助行業(yè)用戶實現(xiàn)“既要”“又要”“還要”的擴能提標(biāo)夢想；而3萬噸以下的中小型傳統(tǒng)工藝污水廠的擴能提標(biāo)，世浦泰SMC一體化膜箱是一個有魅力的低成本、不停水且快速的解決方案。

全球化的生產(chǎn)基地和研發(fā)中心，策略性地利用各自優(yōu)勢，分工協(xié)作，實現(xiàn)國際國內(nèi)雙循環(huán)。Supratec品牌各類產(chǎn)品已銷往全球30多個國家并成功應(yīng)用。

世浦泰旗下的Supratec微孔曝氣系統(tǒng)已根植中國十多年，是中國和德國市場的占有率最高的企業(yè)之一，其中節(jié)能型板式曝氣器MF650是國內(nèi)關(guān)注節(jié)能降耗運營企業(yè)的一把利器。

從產(chǎn)品化角度思考，目前世浦泰也面臨一些困惑。現(xiàn)階段產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、工程項目設(shè)計圖紙標(biāo)準(zhǔn)，相互之間的差異在實際工程中會帶來偏差，并造成標(biāo)準(zhǔn)過低、冗余過大所帶來的部分用戶體驗較差的惡性循環(huán)。除此之外，行業(yè)的工程思維也會造成投資成本和運行成本增加，一些非市場因素的惡性競爭也一定程度阻礙了膜行業(yè)的技術(shù)進步。世浦泰集團堅信技術(shù)的可持續(xù)創(chuàng)新升級，產(chǎn)品的性能穩(wěn)定保證，客戶的應(yīng)用體驗提升，將為水處理行業(yè)的產(chǎn)品化持續(xù)發(fā)展，貢獻力量。

04“既要”“又要”“還要”的挑戰(zhàn)性，產(chǎn)品型公司將持續(xù)進階

論壇現(xiàn)場，就產(chǎn)品化和世浦泰的發(fā)展，中國人民大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，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，就“既要”“又要”“還要”的挑戰(zhàn)性進行了探討；北控水務(wù)集團有限公司副總裁冒建華，以及E20環(huán)境平臺首席合伙人、研究院院長、北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院產(chǎn)學(xué)研中心主任傅濤老師就“產(chǎn)品說服客戶需要場景和背書”和白海龍就該顛覆性技術(shù)在中國市場推廣和落地的話題展開了探討。

白海龍強調(diào)顛覆性產(chǎn)品和“踢館”模式的出現(xiàn)是不可避免的，鑒于一些大型水務(wù)公司已經(jīng)建有第三方生產(chǎn)性驗證平臺，如果能做成以產(chǎn)品性能、經(jīng)濟性和低維護等指標(biāo)為基礎(chǔ)的競技擂臺，同時面向行業(yè)、面向公眾進行公開、開放和透明條件下的測試，就可以避免“踢館”模式下的實測成果在各家水務(wù)公司重復(fù)進行驗證。

編輯：李丹