視野 | \"膜技術成本與我\":膜技術應用領域的發展探討

作者:Blanche 發表日期:2018-07-16 14:31:22

北極星環保網訊:IWA國際水協會的學術期刊Water Research經常邀請水處理領域的著名專家,編寫各自細分領域的綜述文章。上個星期我們跟大家分享了Willi Gujer教授在2010年發表的《Nitrification and me》。本期將介紹來自膜領域的Simon Judd教授撰寫的關於膜技術成本的綜述文章,題為《Membrane technology costs and me》。Simon Judd教授在英國克蘭菲爾德大學(Cranfield University)水科學學院和卡塔爾大學環境工程系任教。他同時也領導和參與了很多有關膜、MBR、污水生物處理方面的全球項目,將科研和應用緊密結合在了一起。通過這篇綜述文章,Simon Judd教授探討了膜技術應用領域的發展,分享了他對膜技術成本問題的深刻見解。

簡介

用於水處理的膜技術可追溯到十九世紀中葉,其中最早期的開拓性工作很大程度上歸功於德國。德國人Wilibald Scht在1861年用牛心包膜截取阿拉伯膠,堪稱世界上第一次超濾(UF)分離研究。到了20世紀初,Heinrich Bechhold(1907)開始較為系統地測試合成超濾膜,並首次提出了「ultrafilter」的概念。跟隨Rid Zsigmondy和Willhelm Bachman等人的早期研究,德國Sartorius Werke Gmbh公司在上世紀20年代中期開始微濾(MF)膜的商業開發。用於淡化海水的反滲透(RO)膜雖然最初由美國研究人員在20世紀50年代開發,專利的申請卻讓在加拿大渥太華的Sydney Loeb和Srinivasa Sourirajan搶先一步,他們在1960年代初申請了不對稱醋酸纖維素RO膜的專利。如今,製造方法和生產方面的大量商業進步和改進已經大大降低了各類膜的生產成本,而且大大提高了產品質量。


可以說,膜技術至少發展了半個世紀了;即使是關鍵的膜生物反應器(MBR)技術的發展也有一定歷史了(其最原始工藝由Dorr Oliver在20世紀60年代後期開發)。儘管如此,膜技術在市政水務部門某些領域的發展仍遇到區域性、文化性或其他方面的阻力。BCC、Marketsand Markets、Frost and Sullivan等市場研究機構的數據顯示,儘管跟傳統水與廢水處理設備行業的個位數百分比增長率相比,RO海水淡化和MBR技術的複合年均增長率(CAGR)為10-23%,膜技術的發展阻力依然存在。

在某些方面,人們不願意選擇膜技術是可以理解的。一些膜工藝和/或具體應用還存在運行問題,這些問題還沒得到全面的解決。任何膜工藝的操作和維護(O&M)往往比其他經典工藝更複雜,因為要保持膜表面和膜通道的清潔。最終歸根結底,與其他東西一樣,經典方法和膜技術之間的選擇,都歸結為錢。

成本趨勢對比

成本,無論怎麼計算,都可以被歸類為資金成本、投資成本,或運營/運營成本。對於工程應用級別的膜處理廠,運營支出(OPEX)主要包括能耗和化學品、關鍵部件更換(例如膜)、供水和排污費以及諸如人工和維修等其他項。資本支出(CAPEX)通常包括所有設備、安裝服務、如土木工程、機電(M&E)和諮詢,以及土地成本。通過CAPEX和OPEX可以計算凈現值(NPV),以此估算融資成本。

顯而易見的是,大家也關心科技和商業模式的發展如何對水處理和污水處理中實施和運行膜工藝裝置的成本產生影響。Simon Judd教授的這篇綜述將對兩種已經實現商業應用的重要膜分離技術進行分析,包括了海水淡化的反滲透技術以及用於污水處理的MBR膜生物反應器技術。

除了自身市場增長顯著之外,這兩項技術在各自應用領域也扮演着重要角色。超過一半通過海水和鹹水淡化產生的飲用水都是通過RO膜,全球市場價值相當於100億英鎊。MBR技術則是在生物化學效率和出水水質(澄清度和微生物含量)方面提供生物處理工藝可以達到的最高性能表現。

在海水淡化和污水處理兩個領域,作者分別選取了熱法處理和經典活性污泥工藝作為替代方案作對比分析。總的來說,關於資本支出的專門報道很少,而且往往缺少一致性、完整性,也不會具體列舉細節。另外不同報告之間的人力和材料成本也有差別。對於RO和MBR技術而言,OPEX的下降主要得益於能效的改善。這也是大家用於不同技術之間的對比基礎。

RO反滲透vs 熱法海水淡化

自20世紀70年後期RO被應用於海水淡化以來,相關的成本分析就層出不窮。RO反滲透和熱法海水淡化兩種技術自面世以來,技術成本都得到顯著下降。Zhou和Tol在2004年的數據顯示多級閃蒸海水淡化技術(MSF)在上世紀50年代末期的成本約$9/m³,到2000年已降到其1/10,而RO的單位處理成本則從1977年的$4.5/m³降到2000年的$1.5/m³。



本文來源:http://huanbao.bjx.com.cn/news/20180321/886748.shtml

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