溢流污染如何破解？探究韧性水处理系统

在2024（第十六届）上海水业热点论坛上，上海世浦泰新型膜材料股份有限公司董事、总工程师白海龙，以“溢流污染如何破解？探究韧性水处理系统”为主题进行了分享，并结合世浦泰的实践经验做了交流。

白海龙

白海龙提到，溢流污染已是近几年业内经常讨论的高频词汇。他认为溢流污染被关注既是“坏事”，又是“好事”。溢流污染其实一直存在，但过去并未得到足够关注。而现在关注溢流污染，意味着我国水污染治理已经进入了一个新阶段，即从“有”到“优”的转变。

白海龙表示，如下图所示，目前，我国城市污水处理率已达到98.1%，已经基本满足日常生活污水处理需求。

图1

当前行业非常关注雨季溢流污染。之所以如此关注雨季溢流污染，是因为环保督察对此高度关注；环保督察之所以关注，是因为民众对此十分关心；而民众之所以关心，是因为与他们居住环境密切相关，污染前后的对比十分明显，平时鱼翔浅底的河道，雨后却变得黑不见底， 还容易被民众怀疑为偷排。 最关键的是，直接关系到民众的利益。  

溢流污染怎么解？首先如何认识它，溢流污染本质上是一种波动，是量的波动引发了质的失控，而要解决强波动，唯有靠韧性，需要打造有韧性的水处理系统。

图2

城市排水系统一般分为合流制和分流制，合流制如要减少雨季溢流污染，需要提升系统截留倍数，提高处理量。但目前分流制系统的雨季溢流也很普遍，主要是由于管网的混接、错接和渗漏等原因导致的。白海龙指出，这次论坛上，前面发言的专家们也多次提到管网问题是导致溢流污染的关键原因，唐建国总工提到管网的改善实施工作需要大量的资金支持，而傅涛老师则提出了“钱从哪来？”的现实困境。对存量管网的检测、修复、改造及恢复其正常功能是一项耗时、耗力、耗钱的庞大工程。  

管网的改善需要一个长期过程，需要久久为功，产生效果需要的周期很长。但当前很多城市面临的溢流污染问题迫在眉睫，需要短期内予以解决，这样需要倒逼我们找到能够快速解决问题的途径。可将管网改造视为中医的长期调理，来增强系统的“免疫能力”，需要长周期，但当前的问题需要我们依靠西医的快速解决方案来解决，以使系统短期恢复至正常或基本正常，同时为长期调理赢得时间。因此，我们需要在管网带病工作的前提下采取有效措施以增加排水系统的弹性和韧性，需要短期内实现可靠的兜底措施。

图3

韧性系统需要在量和质上同时具备较强的抗波动能力，当前溢流污染主要问题是水量的波动以及由水量波动引起的水质问题（图3）。调蓄池在功能上具有一定的作用，但面临着高昂的投资成本和征地难度。调蓄池的最佳效益运行工况也难以掌握和复制，例如开关闸控制和截留时段选取等，降雨的雨型不同及管道拓扑结构的差异决定了调蓄池运行控制操作难以掌握和复制，国内已建调蓄池普遍存在利用效率不高的问题。因此，无论从投资费效比、施工周期、实施难度还是设施利用效率等方面均让我们把关注点转向提升末端污水处理厂的韧性上来， 这里不仅仅是指简单的末端污水厂扩建， 更注重在原有污水厂址通过不新增用地方式的原位局部改造优化来提升存量污水厂的处理能力和雨季抗冲击能力。

图4

在上述图表（图4）的对比中，一座中等规模地级市的海绵城市建设涉及的投资为百亿级别，而分流制改造的投资级别则以十亿为单位，末端处理设施的投资则仅以亿为单位。在当前财政压力紧张的背景下，若要在短期内见到成效，末端处理便成为一个能够快速产生效果的兜底方案，这也为管网的完善改造争取了宝贵的时间。如何增强末端处理的韧性，已成为关注的焦点。

图5

白海龙介绍了末端污水处理的各流程单元，预处理、生化池、固液分离、深度处理（如图5所示）。  

从逻辑上分析，如何原位提量？可以提高生化系统的污泥浓度，同时提高固液分离的容积效率。如何原位提质？可以提高生化系统的污泥浓度。这样看来，无论是提量、提质都有需求相似性，而MBR膜则可同时满足这两个功能需求。

图6

当前，MBR工艺存在一些争议，尤其是那些曾受到MBR伤害的用户可能会质疑。首先，MBR膜能显著提高生化系统的污泥浓度，这是得到公认的事实。其次，MBR膜能提升固液分离的容积效率，也是显而易见的，膜池的池容远小于传统二沉池。然而，对于膜使用的可持续性，可能会有争议，但我们不能守着静态观点故步自封，需要动态的看到到技术的不断进步。如同我们不能以五年前的观点看待现在的电动汽车一样，我们同样也不能用五年前的认知来评价现在的MBR膜。过去MBR膜之所以容易出现膜通量较大衰减，主要是因为早期以微滤膜为主，其膜孔径大，细菌容易钻进膜孔筑窝繁殖，造成膜孔出现不可恢复的污堵，峰值通量运行时则更容易堵，微滤膜的通量难以长期维持，更不要说流量弹性了。世浦泰德国工厂膜材料制造技术可以制造出孔径小但开孔率高的高性能超滤膜，可保证可持续的膜通量，并具备1.5到2倍的峰值处理能力，同时膜的使用寿命可达到10到15年(图6所示）。  

图7

白海龙展示了当前市政污水市场上主流品牌膜厂家在MBR膜通量方面的显著差异（如图7所示），差异不仅体现在平均膜通量上，峰值通量的差异更大。  

图8 图9

此外白海龙还展示了国内采用MBR工艺的项目案例，实际运行平均膜通量超过30LMH（图8）。在雨季，系统可以实现1.5倍的通量运行，运行通量达到45LMH，并可连续运行一个月；最高运行膜通量可达到55LMH到60LMH，每两天滚动一次，期间有12个小时保持55LMH到60LMH的通量，连续运行近半年，能够有效应对雨季流量波动（图9）。  

图10

图11

白海龙还指出末端污水处理厂若采用新膜法MBR工艺，不但可实现原位提标和扩能，无需新增用地，而且在雨季还能够应对扩能后旱季流量的1.5至2倍峰值流量，同时能将出水标准从一类B或一类A提升至准四类或准三类水标准（图10所示）。这种解决方案的工程投资成本极为节省，且投资回报率可提高一倍。其主要优势包括：原位扩能和提标均无需征地，能够应对雨季1.5至2倍的峰值流量，同时显著提升投资回报率，并且污水厂出水为高标准的再生水（图11所示）。

图12

白海龙表示，好的解决方案和处理工艺需要以好的产品为依托，什么是好的MBR膜产品呢？应同时具备以下特征：

• 1、在市政污水中运行平均膜通量应不低于25LMH；能够以平均膜通量1.5倍的峰值膜通量运连续运行时间不小于7天，并在7天峰值运行结束时TMP恢复良好；最高峰值膜通量应能达到平均通量的2倍，并且连续运行时间不少于24小时。

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• 2、污泥浓度高是MBR工艺的优势之一，MBR膜能够耐受的污泥浓度要达到2000mg/L。

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• ? 3、膜吹扫气水比是MBR最关键的运行能耗指标，运行膜吹扫气水比应不高于4：1。目前世浦泰膜的实际运行气水比可低至3：1。

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• 4、膜的使用寿命应不少于10年，以解决MBR原有的经济性痛点。过去的MBR膜存在的痛点并非功能性问题，而是经济性问题，而新型MBR超滤膜在功能性能进一步提升的基础上，同时解决了经济性痛点。世浦泰MBR超滤膜实现了MBR工艺污水厂相比传统工艺更低的工程投资和全生命周期综合成本。