第十一届上海国际泵阀展

上海国际泵管阀展览会

FLOWTECH CHINA (SHANGHAI) 2023

2023年6月5-7日

上海 | 国家会展中心(虹桥)

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污水处理MBR再次走到变革前夜,时代呼唤破局者登台

曾经的阵营,因为产业界的力量重新分配而发生了改变。在参与和见证了中国环境产业20多年的时代变迁之后,ABCD等方阵内的公司,各自去往新的方向。

而过往为行业所熟知的一些技术、工艺、产品形态,最终变成符号,成为参与和见证了环境产业20年兴衰的时代标本,也有一些技术,如MBR(生物反应器Membrane Bioreactor,简称MBR),继续在新时期暗流涌动。创业者们克服了对宏观形势变化的恐惧,顺应召唤,跨越门槛,勇往直前,寻找出路。在新的英雄之旅中,谁将会是破局者?

曾经的争议时代

想象一下,假如我们穿越回到2010年,如果你有机会买刚在创业板上市的碧水源的股票,你会毫不犹豫,因为你知道它以MBR为核心,成为膜在污水处理领域应用的急先锋,开启并领导了一个环境产业的细分领域,有巨大的升值潜力。

这家成立于2001年的技术型创业公司事实上已经成为行业表率,在污水处理膜领域,是一个光芒四射的先行者。但至少在2006年之前,它都并非行业主流公司。

一些专家和专业公司认为,MBR技术是生物处理技术与膜分离技术相结合的技术,取代了传统工艺中的二沉池,远远说不上革命性、颠覆性,最关键的是,使用MBR的项目成本投资、运营成本都高于传统污水处理工艺,不适合中国国情。

当时我国的污水处理事业还处于起步阶段,污水处理厂数量还很少,其中能达到一级B排放标准的污水处理厂也只有一半多,而且不能稳定达标。所以,当时用膜处理市政污水存在巨大争议。但随着污水处理排放标准的提高,以及碧水源自身的坚持,我国MBR项目的总规模在2006至2008三年间的增长率分别为67%、100%、78%,并以“高效、高质”为旗号,对传统污水处理工艺发起挑战。

在这个时期,碧水源作为MBR的重要推动力量,被公认为是中国MBR技术大规模工程应用的开拓者,承担建设了国内第一个大规模MBR工程“北京密云再生水工程”(4.5万吨/日)和“引温济潮奥运配套工程”(10万吨/日)、“十堰市神定河污水处理厂改造项目”(11万吨/日),是当时国内城市污水处理领域MBR技术实力与综合经营实力最强的企业之一,并在随后的十余年继续引领整个细分领域,带动了膜在污水处理领域的应用。

碧水源进行技术储备,等来了提标改造的机会,它的成功启发、鼓舞着环保行业:随着环保需求的增加,不断会出现大量的技术需求,一个技术型公司也能展翅翱翔,而在资本市场的助力之下,还能飞得更高。

关于MBR的核心焦虑

MBR技术的“主角”是MBR膜,以膜分离技术与污水生物处理工艺相结合,不但可取消二沉池,还可起到生物倍增效果,可将生化池的活性污泥浓度提高100~200%,将生化池的池容和污水处理设施占地面积减少一半,同时较长的泥龄减少了产泥量。

它的优点简而言之就是占地省、效率高、产泥少、出水水质好,出水直接可作为中水回用,对于某些特定城市的业主很有吸引力。

特别是在城镇污水处理厂开始执行一级A标准后,排放限值中要求处理出水COD浓度不高于50mg/L,SS浓度不高于10mg/L,甚至一些地区出现了更严格的地方标准,出现了准地表IV类水的污水处理厂,这意味着只有具备深度处理技术的污水厂才能达标。

正是在一步一步的提标过程中,替补席上的MBR膜企业有了上场机会。而且对于有机类、难降解的有毒有害物质污染,MBR的用武之地也非常明显。

但MBR也有缺陷。其一是贵,投资建设阶段贵,运营阶段也贵;其二是烦,膜通量易衰减,膜的化学清洗频繁。

膜的贵就不用说了,用上几年还要更换。运营阶段贵是因为运行能耗高,MBR膜系统的运行能耗约占到整个污水处理厂运行能耗的50~70%,而MBR膜系统最大能耗占比来自于膜吹扫曝气环节,膜吹扫曝气能耗通常占到MBR膜系统能耗的70%以上。

这也解释了2010年前,MBR在中国市政领域应用规模较大的地区主要集中在北京、江苏、广东及湖北等地的原因,其他地区想用也用不起。

但在最近的十余年里,国际膜材料及膜应用取得了巨大的技术进步, MBR膜的膜通量、使用寿命、运行成本和耐污染性等指标都得到大幅度提升。在市场竞争和生存压力的倒逼之下,国内的膜生产企业和膜应用企业的产品和技术也取得了显著的进步。

在市政污水处理领域的MBR工程项目,以前常用的MBR设计平均膜通量8~15LMH,而2021年10月开始实施的国家标准《室外排水标准》将设计平均膜通量提高到15~25LMH,这意味着同样的污水处理量,膜的使用面积减少,即提高了膜应用效率,有助于降低MBR的建设成本。此外,随着近十年膜的大规模生产应用,膜的价格也逐年降低。

MBR膜在市政污水中的使用寿命也从15年前的1-3年上升到5年,甚至更长。

风云际会

产业界在努力的同时,外部环境也在发生变化。

标准在提高。

虽然国家标准中“一级A”是最高要求,但我国污水处理行业早已涌现了一波以地表“Ⅳ类水”或“准Ⅳ类水”为排放标准的项目。新实施的提标改造项目,标准也越来越高。

业内普遍认为,北京市开风气之先,最早将“Ⅳ类水”的《地表水标准》接轨污水处理厂排放标准,并于2012年通过出台地方标准的形式,从法规条文层面明确了这一选择。

天津市、四川省、浙江省、昆明市、江苏省、浙江省、湖南省、宁夏等纷纷跟进出台地方标准,还有四川、重庆、河北等省市出台了流域标准,准“Ⅳ类水”标准成了污水处理厂标配。

这些标准的趋势之一就是愈来愈低的COD、总氮、总磷限值,一些省市最严格的COD指标到了20mg/L,已经在对标《地表水标准》里的“Ⅲ类水”。

盲目提标不可取,但在污水资源化的政策背景之下,单纯的污水处理厂都在进化成再生水厂,这在许多地区也是一个显而易见的趋势。

地下污水处理厂出现。

最近六七年来,在我国,地下、半地下污水处理厂已经从个别地区、个别公司的吃螃蟹行为,变成了多个城市、多个公司都喜闻乐见的一种污水处理厂建设形式。

2020年浙江省甚至提出,6月30日以后建设的规模以上污水处理厂,都将采取“地下污水处理、地上综合利用”的建设模式。

2022年5月,国务院办公厅印发《关于进一步盘活存量资产扩大有效投资的意见》,提出因地制宜积极探索污水处理厂下沉、地上地下空间综合开发。

这些新情况,对于推动MBR的应用来说都是较为有利的,因为在水平较低领域,MBR的身价就会显得昂贵,但在水平要求高的领域,MBR与其他工艺之间的成本就进一步缩小,各种优势更明显。

国际上也有一些新情况,发达国家的先进膜公司一回头:士别三日当刮目相待,中国公司在膜领域的水平马上就要赶上来了,引起了他们警惕之心。

2017年,GE出售其水处理公司,其中很重要的资产是它当年收购的膜界老大泽能的膜业务。当时至少有三家中国公司参与了收购:一家是博天环境,第二家是中车旗下南方汇通的时代沃顿,还有一家资本公司叫国投创新,三家中国公司出价不低,都是35亿欧元以上。

但这些公司,无论出价高低,都在倒数第二轮出局,谁让它们是中国公司呢?当时,GE的膜技术在全球领先,美国人认为不能让中国公司拥有这种先进技术,GE水处理公司最终以32亿欧元的成交价格花落于国际水务巨头苏伊士环境之手。

MBR的技术奇点

要想在风云际会之时,克服MBR的核心焦虑,必须降低投资、运营成本,并降低运营过程中的复杂程度。

而想要达成这两个条件,业内的共识是要提高可持续运行的膜通量,降低运行能耗,延长膜寿命,这就是该技术的技术奇点。

从行业发展的角度看,碧水源已经把膜在污水处理领域的应用从奢侈品变成大家能接受的产品。发展到一定的阶段以后,当初反对用膜的人也认可MBR的出水水质好和用地省,但依然因为成本的原因表示反对。

MBR技术,要想让好东西变得不贵,需要重大的技术突破,需要颠覆性创新。一如20年前,我们桌子上的显示器,都是大块头的CRT,轻薄的LCD是奢侈品,但现在,当初几万块一个的液晶显示屏,现在的价格只是当时的几十分之一。

MBR的使用就像油田采油一样,采油是把水打下去,把油提上来,MBR则是用气把膜丝表面擦干净,把水抽走,每产多少立方水需用多少立方空气,即所谓气水比。贵就贵在:买膜贵,用膜贵,换膜贵,三样都贵。

买膜的时候往往属于政府的一次性投资,运行电费则和气水比呈正比例,行业内大多数膜厂家的产品气水比是8~12:1,这个数据是难以作弊的,风机开着,有仪表数据,出多少水,用多少气,气少了膜就堵了,还会夹泥,加重膜污染。这是没法忽悠的。

按处理规模计算,现在中国的MBR工艺大概占污水处理全行业约10%。我国MBR项目中微滤膜的应用占比较大,MBR微滤膜的使用寿命一般五年左右,超滤膜则能有十几年的寿命。早期欧美市场的MBR也广泛使用微滤膜,而近十年已完成了30~40 nm超滤膜对100~200nm微滤膜的全面替代,现在大部分都是采用超滤膜,这使得欧美市场的MBR膜的使用寿命大幅提升,平均使用寿命达到12年左右。超滤膜的使用有助于MBR膜的使用寿命、膜通量衰减率、药洗浓度和频次等指标大幅改善。我国MBR市场现在也到了从微滤膜切换到超滤膜的时刻。

但是如果膜仍然卖得很贵,那很难替代,必须先把成本降下来。比如说LCD领域的京东方,曾经差点死掉,求生之道就是把下一代的产品成本降得足够低,性能却依然很好,甚至超越原来的性能。MBR膜也需要这样的超越。

膜行业注定要解决原有的运行成本高、膜通量易衰减、使用寿命短等痛点,提供给客户低吨水运行成本的可靠产品,提升客户的使用舒适度和满意度,填平“挺膜派”和“反膜派”之间的鸿沟。

变革前夜,谁会是破局者

在膜行业,欧洲和北美被公认为技术高地,引领了国际膜行业技术的发展。而在欧洲生产MBR膜的技术领先企业中,除了苏伊士收购的GE膜的匈牙利膜工厂外,近些年引起欧美膜行业持续关注的是德国一个叫SIMMERN的小镇。

这个小镇的特产除了“雷司令”白葡萄酒外,还有一家叫Supratec Membrane GmbH的膜制造公司,这家公司在小镇建有按工业4.0标准建造的全自动膜工厂。业内分析人士透露,该工厂生产的超滤膜的各项技术性能近几年在欧洲最好水平基础上又取得了重大提升,给其他国际膜制造商带来巨大的压力。

Supratec Membrane GmbH这家公司一直有着神秘的色彩,2020年三峡长江生态环保集团入股世浦泰引发了业内关注,也揭开了它的面纱:这家技术顶尖的德国超滤膜制造商的股东,竟是注册于中国上海的世浦泰集团,其背后的实际控制人是中国人。这可以看作是当年中资收购GE膜未获成功之后中国人对高端膜技术的一次完美逆袭。

而逆袭的艰辛或许只有世浦泰创始人张显超才能深刻体会,这位毕业于上海交通大学、从汽车行业进入膜行业的“跨界者“很少出现在公众场合,”十年磨一剑“是张显超对过往经历的总结:前后花了约十年时间,资金投入近十亿,从与德国膜公司合作,到成为德国Supratec Membrane GmbH实际控制人。同时,还对位于SIMMERN小镇的膜工厂进行工业4.0标准的全方面升级改造,实现高品质超滤膜产品性能,最终成为全球技术领先者。

“整合全球技术资源,为我所用”,技术背景出身的张显超对技术有着极致的追求,除了在上海和德国的研发技术团队外,又先后在加拿大和匈牙利成立了膜技术研发中心,汇集了中国、北美、欧洲等多国的高水平研发技术人员,这些人员大都曾经在国际一线膜制造公司从事过技术工作。与华为在海外设立研发中心类似,在北美和欧洲等全球膜行业的人才聚集地就地设立研发中心,就地招募高水平研发技术人员,为世浦泰的膜产品成为国际一流产品奠定了基础。

对于膜行业即将到来的变革,世浦泰集团总工程师白海龙提到了“333”目标, “333”表示对于日处理规模万吨级以上的城镇污水处理厂而言,能够持续稳定运行的膜通量达到30LMH,膜吹扫气水比降至3:1以下,MBR工艺污水厂全厂运行吨水电耗降至0.3kwh/m3以下。这个目标的达成,意味着MBR工艺实现了与传统工艺相同甚至更低的投资成本、运行成本和全生命周期综合成本,而MBR工艺占地省、出水好的优势依然保留,届时行业将会重新定义。”

在低碳和高质量发展的趋势背景之下,膜行业发展也迎来了拐点。E20薛帅曾经提到过膜界的“老三强”和“新三强”,而行业则希望更多的强者出现,变革前夜,时代呼唤有更多的 “破局者“!

(来源:中国水网)

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