国科大资环学院/燕山站肖康团队在《环境科学与工程前沿》发表封面文章

  • 文/图 资环学院 燕山站
  • 发布于 2022-05-02
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  2022年4月,中国科学院大学资源与环境学院/燕山站肖康副教授研究团队在环境科学领域综合性杂志FESE(T1期刊)上发表题为“Techno-economic characteristics of wastewater treatment plants retrofitted from the conventional activated sludge process to the membrane bioreactor process”的封面文章。该研究采用污水处理厂改造前后的运行数据,对传统活性污泥法和膜生物反应器(MBR)两种污水处理工艺进行技术经济上的严格配对比较研究,对比分析污水处理厂采用两种工艺时的成本能耗、净利润和技术效率,采用敏感性分析评价计算结果的可靠性,为污水处理工艺的选择和应用提供技术经济方面的理性参考。

FESE封面

  膜生物反应器(MBR)与传统活性污泥法工艺的技术经济性优劣争论已久。为适应日趋严苛的出水标准,具有出水水质好、占地面积小、污泥产量低等优势的MBR受到广泛关注,越来越多的传统污水处理厂被改造或扩建为MBR。然而,工程应用中MBR暴露出的高能耗、膜污染等问题备受诟病、惹人争议。MBR的优势是否能掩盖其劣势?若综合经济成本和环境收益,MBR和传统工艺孰优孰劣?污水处理厂采用MBR工艺前后的技术经济性评估或能回答这一疑问。本研究中,国科大资环学院/燕山站肖康团队基于20座万吨/日以上级污水厂改造或扩建前后(主体工艺由传统工艺改为MBR)的运行数据,采用成本收益分析法和基于非径向距离函数的数据包络分析法,对污水处理厂采用传统工艺和MBR时的成本能耗、净利润和技术效率进行测算和对比。

  污水处理厂由传统工艺改造为MBR后,污染物的平均去除率显著提高,如氨氮的去除率由89.0%提升至93.3%,同时能耗从0.40 kWh/m³显著增加至0.57 kWh/m³,总运行成本没有显著提高。成本收益的结果表明,工艺变为MBR后,去除污染物的平均边际收益变高,氨氮的边际环境效益贡献最大,净利润由19.4 CNY/m³显著提高至24.4 CNY/m³。技术效率估算的结果表明,升级改造前后,单位运行成本的技术效率(理论取值范围为0~1)由0.70提升至0.73,而单位能耗的技术效率没有显著差异。技术经济性还与所采用的出水标准密切相关,出水标准越严格(例如从国家一级A排放标准提升至地方标准DB11),MBR的净利润和技术效率优势越明显。

  总体而言,MBR比传统工艺更具技术经济优势。在出水标准严格的情况下,MBR更有利可图。特别是在污水深度处理与资源化的背景下,MBR具有广阔的发展前景。然而从MBR技术本身而言,其能耗效率仍有较大的提升空间。

文章摘要图

  本文发表于环境领域综合学术期刊Frontiers of Environmental Science & Engineering,第一作者为国科大资环学院2019级环境科学与工程专业硕士生高庭苇,通讯作者为国科大资环学院/燕山站肖康副教授。

  论文链接:https://journal.hep.com.cn/fese/EN/10.1007/s11783-021-1483-6