1 研(yán)究背景(jǐng)

       在(zài)環境(jìng)問(wèn)題備(bèi)受關注的今(jīn)天，汙水排(pái)放(fàng)標(biāo)準日趨收(shōu)緊(jǐn)，導致汙(wū)水處理(lǐ)工藝選(xuǎn)擇頗受關注。考慮到(dào)汙(wū)水(shuǐ)處(chǔ)理(lǐ)廠建(jiàn)設用(yòng)地(dì)緊張(zhāng)等因(yīn)素，膜(mó)生物反應(yīng)器（MBR）因其單位(wèi)體(tǐ)積生物量高(gāo)，占(zhān)地節省，出水水質好(hǎo)等優點迅(xùn)速進入國人(rén)視(shì)野(yě)，已在(zài)許多新(xīn)建或升(shēng)級改造汙(wū)水(shuǐ)處理廠(chǎng)中獲得廣泛(fàn)應用(yòng)。

       然(rán)而，審(shěn)視我(wǒ)國(guó)“雙碳"目(mù)標(biāo)，汙水處理廠也麵臨(lín)著(zhuó)碳減(jiǎn)排(pái)，甚(shèn)至(zhì)碳(tàn)中(zhōng)和問題。MBR工(gōng)藝似乎出水(shuǐ)水質(zhì)好，占地麵(miàn)積小，但其(qí)劣(liè)勢(shì)亦十分明顯(xiǎn)。在(zài)MBR工藝工程(chéng)應(yīng)用中，膜汙(wū)染(rǎn)以(yǐ)及(jí)由此而引起的(dí)膜通量下降所導致的能(néng)耗過高(gāo)問(wèn)題勢(shì)必會造成汙(wū)水(shuǐ)處理碳排(pái)放(fàng)量(liáng)強勢(shì)增(zēng)加(jiā)。而膜(mó)清洗/頻率高，膜(mó)絲（有(yǒu)機(jī)纖(xiān)維膜(mó)）斷裂/更(gēng)換頻(pín)繁(fán)等一係列(liè)問題也會(huì)間接(jiē)增加碳排放(fàng)量(liáng)。MBR這些(xiē)缺點使(shǐ)得(dé)基(jī)層(céng)用戶普遍(biàn)否定這種(zhǒng)工藝。

       然(rán)而，對MBR工藝利，弊(bì)持(chí)不同觀點的人(rén)群往(wǎng)往(wǎng)各(gè)執一詞(cí)，似(sì)乎很難(nán)彼此說服(fú)對方。因(yīn)此，需要找到(dào)一種定量評(píng)價MBR工(gōng)藝(yì)優劣的技(jì)術指標或(huò)評價(jià)標(biāo)準。研(yán)究(jiū)從(cóng)MBR工藝優(yōu)，劣兩方(fāng)麵(miàn)因(yīn)素入手，充分(fēn)考(kǎo)慮經濟，社(shè)會(huì)，環境三方麵綜合效應，通過建立(lì)與傳統工藝(yì)相(xiāng)比的評(píng)價(jià)模(mó)型，揭示出MBR工藝優(yōu)，缺點(diǎn)，並評價其(qí)可(kě)持續性。

2 研究(jiū)內容

       MBR工藝(yì)所謂良(liáng)好出(chū)水(shuǐ)水(shuǐ)質(zhì)其實質是膜對SS的(dí)有(yǒu)效(xiào)截(jié)留(liú)作(zuò)用(yòng)，可(kě)至(zhì)出(chū)水(shuǐ)SS￡5 mg/L。但是，MBR對溶解性COD，N，P的去除(chú)作用幾乎(hū)無(wú)濟(jì)於事，對日益(yì)提(tí)高(gāo)的氮(dàn)，磷排放(fàng)標準(zhǔn)作(zuò)用(yòng)不大。事實(shí)上，膜(mó)對微生(shēng)物的作用(yòng)不(bù)過(guò)是(shì)是(shì)聚(jù)集(jí)生物量(liáng)而(ér)已（因此會導(dǎo)致反(fǎn)應器體(tǐ)積(jī)減(jiǎn)少(shǎo)），而(ér)對(duì)生(shēng)化(huà)反(fǎn)應(yīng)過程影(yǐng)響(xiǎng)甚微(wēi)。

       然而(ér)，膜截留，分離帶(dài)來(lái)的(dí)負(fù)麵效應(yīng)是(shì)膜(mó)汙(wū)染以及(jí)由(yóu)此引起的膜(mó)通量下(xià)降(jiàng)，能耗過高(gāo)，頻繁膜清(qīng)洗(xǐ)等(děng)一係列運(yùn)行(háng)問題。MBR工藝可(kě)持續性量化(huà)評價需(xū)考慮(lǜ)因(yīn)素(sù)雖(suī)然復(fù)雜(zá)，但可以(yǐ)可持(chí)續(xù)性(xìng)能評價指(zhǐ)數作為(wéi)依據(jù)建(jiàn)立(lì)評(píng)價模型，共考慮三方麵內(nèi)容(róng)：

       1）汙水(shuǐ)處理(lǐ)廠工藝投(tóu)資與運行費(fèi)用(yòng)，主(zhǔ)要包(bāo)括(kuò)基本建設與運行管(guǎn)理(lǐ)費用；

       2）工藝運(yùn)行效(xiào)果及其穩定(dìng)性，涵蓋工藝對(duì)涉及汙染物(wù)去除效果，工藝運(yùn)行(háng)穩定性(xìng)，工藝運(yùn)行管(guǎn)理(lǐ)復(fù)雜性(xìng)等(děng)指(zhǐ)標(biāo)；

       3）工藝(yì)資(zī)源(yuán)回(huí)收與(yǔ)利用(yòng)程度，主(zhǔ)要考(kǎo)量(liáng)工藝對資(zī)源的回(huí)收(shōu)與(yǔ)利用能(néng)力(lì)（涵(hán)蓋電(diàn)耗(hào)及藥(yào)耗(hào)帶(dài)來(lái)的間接碳(tàn)排(pái)放）。通過評價模型，可以比較與評價MBR與傳統(tǒng)工(gōng)藝可持續性(xìng)指數(shù)（表(biǎo)1），從而(ér)計算出不(bù)同(tóng)地域，不(bù)同(tóng)規模(mó)汙水處(chǔ)理(lǐ)廠采(cǎi)用(yòng)MBR工(gōng)藝的可(kě)持續性(xìng)評(píng)價(jià)指數。

3 結(jié)論

       對MBR工藝產生的(dí)可持(chí)續性能評(píng)價指數模型計算(suàn)結(jié)果(guǒ)（圖1）顯(xiǎn)示，MBR工藝(yì)較傳統(tǒng)工藝在可(kě)持(chí)續(xù)性(xìng)方(fāng)麵表(biǎo)現不(bù)佳，或者說(shuō)，MBR從本質(zhì)上來(lái)說並(bìng)不(bù)是(shì)一(yī)種可持續性工藝。究其原因(yīn)，主要是過(guò)高(gāo)能耗與運(yùn)行(háng)費(fèi)用*抵消(xiāo)了(liǎo)其(qí)在良好出(chū)水水質與(yǔ)緊(jǐn)湊占地方麵的優勢(shì)。子(zǐ)項因子及模型權(quán)重(zhòng)因(yīn)子敏(mǐn)感(gǎn)性分析揭示(shì)（圖1），在(zài)合(hé)理模(mó)型參數取值(zhí)範(fàn)圍(wéi)內MBR工藝在很(hěn)大程度上都(dū)難(nán)以具有(yǒu)可持續性。

4 MBR全(quán)球(qiú)應用(yòng)現狀

       國際(jì)MBR應用網(wǎng)對(duì)世界範(fàn)圍內近20年來(lái)700餘(yú)座大(dà)型MBR汙水(shuǐ)處理(lǐ)廠(chǎng)應用情(qíng)況(kuàng)進(jìn)行(háng)了逐(zhú)年統(tǒng)計(jì)，並繪(huì)製(zhì)了如(rú)圖2所(suǒ)示(shì)的MBR工(gōng)程應用(yòng)趨勢(shì)。本課題組也(yě)統計世(shì)界範圍(wéi)內大(dà)型(xíng)MBR項(xiàng)目(mù)（表2）。可(kě)以看到，進入21世紀(jì)後，MBR技術首(shǒu)先(xiān)在(zài)北(běi)美(měi)和(hé)歐(ōu)洲(zhōu)獲(huò)得青(qīng)睞，新增項目也都(dū)集(jí)中(zhōng)在(zài)這(zhè)兩(liǎng)個區域(yù)。隨(suí)後(hòu)，亞洲(zhōu)和其它地(dì)區（主(zhǔ)要為(wéi)澳洲(zhōu)､北非(fēi)）迅速跟(gēn)進(jìn)。MBR工程應用在2009~2012年間(jiān)達(dá)到鼎盛(shèng)時期；然而(ér)，從2013年開(kāi)始MBR工(gōng)程(chéng)應用出現大幅(fú)回落，直至(zhì)近兩(liǎng)年(nián)應用(yòng)數量(liáng)隻(zhī)有(yǒu)鼎盛(shèng)時期10%。

       MBR工程應用(yòng)衰(shuāi)落(là)是(shì)全(quán)球(qiú)性的，歐洲和(hé)北(běi)美經歷了(liǎo)21世紀最(zuì)初(chū)十年“熱戀(liàn)"後(hòu)突然(rán)“失(shī)戀(liàn)"，新(xīn)增(zēng)項目數(shù)量銳(ruì)減(jiǎn)；2009年後亞(yà)洲(zhōu)成(chéng)為(wéi)MBR工程應(yīng)用(yòng)的主(zhǔ)力，以(yǐ)至於2012年後(hòu)全(quán)球大型(xíng)MBR項目主要(yào)集中在中國本土境(jìng)內。圖(tú)3顯示(shì)的世(shì)界(jiè)MBR預(yù)計(jì)年(nián)復(fù)合增長率也同(tóng)樣顯示(shì)出(chū)，2014年後(hòu)世界MBR市(shì)場增長主要由(yóu)亞太地(dì)區(qū)所主(zhǔ)導(dǎo)導，其(qí)中，中國(guó)增長量對亞太(tài)地區(qū)總(zǒng)增(zēng)長(cháng)有著(zhuó)絕對的貢獻(xiàn)份額(é)。

圖21996至(zhì)2017年(nián)間MBR工藝(yì)世界範圍(wéi)內應用趨勢

表2世(shì)界(jiè)範圍內大型MBR應(yīng)用項(xiàng)目(mù)

圖3 2014~2019年(nián)世界(jiè)MBR預計年(nián)復(fù)合增長率（CAGR）

       除(chú)中(zhōng)國外(wài)，MBR工(gōng)藝(yì)在(zài)全(quán)球(qiú)範圍應用每(měi)況(kuàng)愈下並(bìng)非偶(ǒu)然現象(xiàng)，高能耗與膜(mó)汙染(rǎn)所致高碳(tàn)排，高成(chéng)本乃(nǎi)主(zhǔ)因。著眼於未來可(kě)持(chí)續(xù)發展，MBR工藝要想取得(dé)可(kě)持(chí)續(xù)發(fā)展，除非顛倒性（Breakthrough）解決(jué)膜(mó)汙(wū)染(rǎn)問題。否則(zé)，高(gāo)碳(tàn)排(pái)將(jiāng)永(yǒng)遠(yuǎn)伴隨(suí)其(qí)一(yī)生(shēng)。在(zài)目前情(qíng)況(kuàng)下，MBR似乎隻(zhī)適(shì)用一些(xiē)特定限製(zhì)情況(kuàng)，如(rú)，土地(dì)極度匱(kuì)乏(fá)，利用(yòng)有(yǒu)限(xiàn)空間，嚴重(zhòng)缺水(shuǐ)和水比油(yóu)貴(guì)地區。即使在這樣(yàng)的應用場(cháng)景(jǐng)下(xià)，MBR也不(bù)是唯(wéi)1選擇，例如，好(hǎo)氧顆粒(lì)汙(wū)泥（AGS）技(jì)術(shù)在(zài)各方麵均(jūn)顯(xiǎn)得(dé)比(bǐ)MBR具有(yǒu)優勢(shì)。因(yīn)此(cǐ)，對普(pǔ)遍采用MBR的(dí)中國地(dì)下汙水(shuǐ)處(chǔ)理(lǐ)廠(chǎng)來(lái)說，今(jīn)後升級(jí)改造(zào)隻(zhī)有AGS唯1選(xuǎn)擇。