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尽管膜组件更换依旧被认为是仅次于能耗的第二大OPEX成分,浸入式中空纤维膜的成本已经降至与RO膜相仿的水平,约$15-25/㎡。这是很显著的进步,要知道MBR市场不像RO膜,非标化情况很普遍,MBR的膜组件一般不是完全随便互换的。另一方面,平板膜的价格降幅则不太确定,尽管已经从90年代初的$400-500/㎡下降了一个数量级。
通过对主要参数的计算对比可以发现,膜通量是OPEX中影响力最高的因子,因为它同时影响了单位能耗和膜更换的成本。
CAPEX
Lo等人在2015对大型MBR污水厂的成本分析结果显示,一个规模为20MLD的MBR厂的CAPEX约为每千立方35万-68万美元($0.35-0.68 M/MLD);并且类似RO海水淡化厂的情况,如果包含下游的UV消毒和初沉池预处理的话,CAPEX可以增加至$2.6M/MLD。虽然MBR的膜通量与RO相仿,但是单位面积的成本却要更高。另外MBR厂与RO厂相比因为多出生物反应器,HRT至少要在6小时以上,所以上述研究显示的低CAPEX有些跟预期相反,不过可能也跟设备要求和建材有关。
前景
跟RO膜一样,MBR工艺要想从经典的膜分离工艺中进一步提升成本效率的空间很有限,因为曝气减少始终会增加膜污染和堵塞的风险。后者造成的损失往往大于曝气节省的开支。
但是新兴的平板陶瓷膜,预计会比传统的高分子膜寿命延长一倍,而且运行通量更高,可能会改变MBR膜选择的格局。正如上边膜的OPEX成本曲线图所示,如果陶瓷材料的成本是高分子膜的4倍,但是其寿命若能延长一倍,通量又大一倍的话,那么前者的OPEX上将显出优势。尽管目前陶瓷膜的价格依然较高,但我们有理由相信这终将会改变。日本公司Metawater十年前就有不少基于陶瓷膜材料的饮用水处理的工程应用,目前的材料价格在$80-160/㎡,10年前这价格还超过$1000/㎡。所以我们有足够理由假设它的价格会继续下降,就像高分子平板膜在过去15-25年的价格趋势一样。
膜技术研究的趋势
在分析膜技术的研究趋势方面,Simon Judd教授使用下表的文献计量分析方法对RO海水淡化和MBR污水处理的关键词进行了搜索统计。
文献计量分析结果显示了以下一些研究趋势:
RO和MBR两个领域的膜污染特征都非常强烈,尤其是MBR;
对RO而言,约45%的结垢问题属于生物结垢;
预处理,尤其是超滤(UF),一直都是RO海水淡化研究的重点;
成本,尤其是能耗,在RO海水淡化领域关注度比MBR高
RO方面的报告和论文关于节能的话题部分体现为太阳能和风能等可再生能源;
尽管能耗不是MBR研究的最主要焦点,通量却成为其关于单位能耗的研究重点,而厌氧MBR的研究也稳定增长;
关于正渗透的研究的增长也很明显,从2007-08年间的0到2015-16期间的11%。
总的来说,文献统计分析显示两个领域的研究在成本方面的差异,RO海水淡化关于成本的研究是MBR污水处理的16倍。尽管实际运行人员认为很多工艺参数对MBR的OPEX和可运行性相当重要,MBR研究貌似以膜结垢和结垢物的鉴定为主(占所有研究的25%)。Simon Judd教授在综述报告最后指出,研究和工程应用之间的错位并不是什么新发现,似乎暗示MBR领域的科学研究没有很好地跟实际生产接轨,毕竟说到底钱的问题才是根本问题。
参考资料
Membrane technology costs and me, Simon Judd, Water Research, Volume 122, 1 October 2017, Pages 1-9, http://dx.doi.org/10.1016/j.watres.2017.05.027
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