1 研究背景

       在環(huán)境問(wèn)題備受關(guān)注的今天，污水排放標準日趨收緊，導致污水處理工藝選擇頗受關(guān)注?？紤]到污水處理廠(chǎng)建設用地緊張等因素，膜生物反應器（MBR）因其單位體積生物量高、占地節省、出水水質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)迅速進(jìn)入國人視野，已在許多新建或升級改造污水處理廠(chǎng)中獲得廣泛應用。

       然而，審視我國“雙碳"目標，污水處理廠(chǎng)也面臨著(zhù)碳減排、甚至碳中和問(wèn)題。MBR工藝似乎出水水質(zhì)好、占地面積小，但其劣勢亦十分明顯。在MBR工藝工程應用中，膜污染以及由此而引起的膜通量下降所導致的能耗過(guò)高問(wèn)題勢必會(huì )造成污水處理碳排放量強勢增加。而膜清洗/頻率高、膜絲（有機纖維膜）斷裂/更換頻繁等一系列問(wèn)題也會(huì )間接增加碳排放量。MBR這些缺點(diǎn)使得基層用戶(hù)普遍否定這種工藝。

       然而，對MBR工藝利、弊持不同觀(guān)點(diǎn)的人群往往各執一詞，似乎很難彼此說(shuō)服對方。因此，需要找到一種定量評價(jià)MBR工藝優(yōu)劣的技術(shù)指標或評價(jià)標準。研究從MBR工藝優(yōu)、劣兩方面因素入手，充分考慮經(jīng)濟、社會(huì )、環(huán)境三方面綜合效應，通過(guò)建立與傳統工藝相比的評價(jià)模型，揭示出MBR工藝優(yōu)、缺點(diǎn)，并評價(jià)其可持續性。

2 研究?jì)热?/p>

       MBR工藝所謂良好出水水質(zhì)其實(shí)質(zhì)是膜對SS的有效截留作用，可至出水SS￡5 mg/L。但是，MBR對溶解性COD、N、P的去除作用幾乎無(wú)濟于事，對日益提高的氮、磷排放標準作用不大。事實(shí)上，膜對微生物的作用不過(guò)是是聚集生物量而已（因此會(huì )導致反應器體積減少），而對生化反應過(guò)程影響甚微。

       然而，膜截留、分離帶來(lái)的負面效應是膜污染以及由此引起的膜通量下降、能耗過(guò)高、頻繁膜清洗等一系列運行問(wèn)題。MBR工藝可持續性量化評價(jià)需考慮因素雖然復雜，但可以可持續性能評價(jià)指數作為依據建立評價(jià)模型，共考慮三方面內容：

       1）污水處理廠(chǎng)工藝投資與運行費用，主要包括基本建設與運行管理費用；

       2）工藝運行效果及其穩定性，涵蓋工藝對涉及污染物去除效果、工藝運行穩定性、工藝運行管理復雜性等指標；

       3）工藝資源回收與利用程度，主要考量工藝對資源的回收與利用能力（涵蓋電耗及藥耗帶來(lái)的間接碳排放）。通過(guò)評價(jià)模型，可以比較與評價(jià)MBR與傳統工藝可持續性指數（表1），從而計算出不同地域、不同規模污水處理廠(chǎng)采用MBR工藝的可持續性評價(jià)指數。

3 結論

       對MBR工藝產(chǎn)生的可持續性能評價(jià)指數模型計算結果（圖1）顯示，MBR工藝較傳統工藝在可持續性方面表現不佳，或者說(shuō)，MBR從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)并不是一種可持續性工藝。究其原因，主要是過(guò)高能耗與運行費用*抵消了其在良好出水水質(zhì)與緊湊占地方面的優(yōu)勢。子項因子及模型權重因子敏感性分析揭示（圖1），在合理模型參數取值范圍內MBR工藝在很大程度上都難以具有可持續性。

4 MBR全球應用現狀

       國際MBR應用網(wǎng)對世界范圍內近20年來(lái)700余座大型MBR污水處理廠(chǎng)應用情況進(jìn)行了逐年統計，并繪制了如圖2所示的MBR工程應用趨勢。本課題組也統計世界范圍內大型MBR項目（表2）?？梢钥吹?，進(jìn)入21世紀后，MBR技術(shù)首先在北美和歐洲獲得青睞，新增項目也都集中在這兩個(gè)區域。隨后，亞洲和其它地區（主要為澳洲?北非）迅速跟進(jìn)。MBR工程應用在2009~2012年間達到鼎盛時(shí)期；然而，從2013年開(kāi)始MBR工程應用出現大幅回落，直至近兩年應用數量只有鼎盛時(shí)期10%。

       MBR工程應用衰落是全球性的，歐洲和北美經(jīng)歷了21世紀最初十年“熱戀"后突然“失戀"，新增項目數量銳減；2009年后亞洲成為MBR工程應用的主力，以至于2012年后全球大型MBR項目主要集中在中國本土境內。圖3顯示的世界MBR預計年復合增長(cháng)率也同樣顯示出，2014年后世界MBR市場(chǎng)增長(cháng)主要由亞太地區所主導導，其中，中國增長(cháng)量對亞太地區總增長(cháng)有著(zhù)絕對的貢獻份額。

圖21996至2017年間MBR工藝世界范圍內應用趨勢

表2世界范圍內大型MBR應用項目

圖3 2014~2019年世界MBR預計年復合增長(cháng)率（CAGR）

       除中國外，MBR工藝在全球范圍應用每況愈下并非偶然現象，高能耗與膜污染所致高碳排、高成本乃主因。著(zhù)眼于未來(lái)可持續發(fā)展，MBR工藝要想取得可持續發(fā)展，除非顛倒性（Breakthrough）解決膜污染問(wèn)題。否則，高碳排將永遠伴隨其一生。在目前情況下，MBR似乎只適用一些特定限制情況，如，土地極度匱乏、利用有限空間、嚴重缺水和水比油貴地區。即使在這樣的應用場(chǎng)景下，MBR也不是唯1選擇，例如，好氧顆粒污泥（AGS）技術(shù)在各方面均顯得比MBR具有優(yōu)勢。因此，對普遍采用MBR的中國地下污水處理廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，今后升級改造只有AGS唯1選擇。