3月23日，“2023（第二十一屆）水業戰略論壇”上，上海世浦泰新型膜材料股份有限公司董事、總工程師白海龍，以“顛覆性超濾膜產品——新膜法下應用場景的升級”為主題，從四個方面：膜法困惑、膜法突破、新膜法新應用場景、膜法的產品化，分享了世浦泰的經驗。

(資料圖片僅供參考)

核心觀點

1、污水MBR膜工藝目前面對的最大問題是“膜三貴”， 要解決買膜貴、用膜貴、換膜貴，就需要從經濟和性能優化兩個角度出發來解決政府和水務公司的痛點。

2、世浦泰新膜法源自于德國、加拿大、匈牙利和中國等上百位頂尖工程師，持續10年多、耗資近10億元人民幣的單點突破研發成果。世浦泰的新膜法顛覆性地實現了，既要“出水水質直接達到回用標準、減少50%以上占地”的傳統膜法優勢，政府又要“噸水價不漲、150~200%雨季來水能處理”，水務公司還要“投資回報率增加、不再焦慮傳統膜法頻繁的維護和更換”。

3、歐美市場10年前已完成從普通微濾MBR向高端超濾MBR的升級切換，而世浦泰顛覆性超濾MBR工藝新膜法的全生命周期噸水綜合成本，不僅大幅低于傳統MBR工藝，并首次低于傳統AAO工藝的噸水綜合成本。

膜技術作為污水處理領域使用最廣泛的技術之一，發展受到不少同行專家的關注。膜技術賽道中也涌現出部分優秀的企業，其中世浦泰作為進入中國污水處理市場的德國品牌，以卓越的技術產品先后取得了數十個大規模示范性業績的成功應用和行業專家認可。

在如今環境產業高質量發展變局之下，細分賽道企業在浪潮中對技術發展的思考，對產品化推動和發展尤為珍貴。

3月23日，“2023（第二十一屆）水業戰略論壇”上，上海世浦泰新型膜材料股份有限公司董事、總工程師白海龍，以“顛覆性超濾膜產品——新膜法下應用場景的升級”為主題，從四個方面：膜法困惑、膜法突破、新膜法新應用場景、膜法的產品化，分享了世浦泰的經驗。

白海龍

01膜法之困惑：“膜三貴”問題的解決需要從性能和經濟入手

白海龍指出，膜技術和新能源車面臨的問題具有相似性，解決這些問題，都需要把性能和經濟作為突破口。近兩年即使受到疫情影響，新能源車年增長率仍然高達90%以上，且市場滲透率即將突破30%的關鍵點，意味著近期必然會對燃油車產業進行巨大的顛覆，是一種洗牌式的重塑。

新能源車之所以能夠取得如此進展，主要是在性能和經濟上取得突破。伴隨新能源車技術不斷取得突破，已經克服初期的許多性能缺陷，在續航里程、可靠性等指標上已經接近燃油車，甚至在另一些性能上優于燃油車。再加上，經濟性問題得到解決，新能源車越來越便宜，促使新能源車得到快速發展。

白海龍表示，新能源車解決了性能和經濟兩大問題，刺激市場需求爆發。如今，膜技術在水務領域遇到的困惑和機遇與新能源車類似。膜技術細分涉及領域較多，其中，超濾膜已經是市政供水領域應用最廣泛的工藝之一。污水MBR膜得益于碧水源等國內生產商的不懈努力，歷經了10年左右的高速發展期。目前國內城鎮污水廠中使用MBR膜工藝的規模大概占10%左右，意味全國每天2億多噸污水的處理規模下有2000多萬噸水采用MBR膜工藝。

如何突破MBR膜工藝市場占有率，首先需要從客戶角度進行思考。現階段，MBR用戶出現涇渭分明的挺膜派和反膜派，形成國內污水處理工藝選擇時特有的現象。

挺膜派認為MBR優點是出水標準高、占地省、產泥量小等等；

反膜派認為缺點是投資高、運行成本高、換膜成本高。

總結反膜派觀點，是買膜貴、用膜貴、換膜貴，簡稱“膜三貴”，其本質是經濟和性能問題。如下圖所示，藍色部分代表經濟問題，綠色部分代表性能問題，性能和經濟問題之間存在相關性，性能影響經濟性，“膜三貴”解困需要從性能和經濟性兩個角度出發。

就“買膜貴”而言，第一是膜的單價下降，膜單價相較于十年前，已經大幅下降；第二是膜通量，如果單位面積膜的膜通量能翻倍，即產水量能夠翻倍，則成本、能耗、膜池土建都會大幅降低；

就“用膜貴”而言，主要是降低膜吹掃的氣水比。降低氣水比和膜裝填密度、膜通量、膜曝氣形式三個指標密切相關，有效改善三個指標，能夠有效降低膜吹掃的氣水比，從而解決“用膜貴”問題；

就“換膜貴”而言，2022年8月，蘇伊士羅敏博士在《可持續的LEAPmbr實現污水廠升級改造》報告中，提到在歐美市政領域MBR超濾膜的平均壽命已達到12.5年，國內市政污水主流使用的MBR微濾膜平均使用壽命則在5年左右。從經濟角度出發，由于超濾膜和微濾膜的平均壽命差異巨大，國內水務企業越來越重視MBR使用壽命差異所帶來的巨大噸水成本變動。

02膜法之突破：逐一突破“膜三貴”問題

1. 買膜貴之攻破膜通量難題

解決膜通量首先需要先關注膜孔徑，在國內MBR膜孔徑并不受到重視，但膜孔徑能夠影響可持續的膜通量，也是膜使用壽命的關鍵因素。

以0.1微米為界限，孔徑大于0.1微米是微濾，孔徑小于0.1微米是超濾。自來水目前基本用超濾，但在市政污水領域，國內目前是超濾、微濾并存的狀態。

通常污水中的細菌尺寸≥0.2微米，MBR負壓抽吸導致細菌尺寸會壓縮至0.08微米左右，所以很容易穿透微濾膜。細菌一旦穿透會有少量停留在膜孔內筑巢、繁殖，長年累月造成膜孔徑不斷縮小直至堵塞，雖然藥劑清洗能去除較高比例，但膜孔變小和堵塞的趨勢不會改變，最終會造成膜通量不可逆的衰減，從而影響膜的使用壽命。正因如此，歐美市場10年前已完成從普通微濾MBR向高端超濾MBR的升級切換。目前國際一線品牌均使用小孔徑超濾（小于0.05微米）用于MBR，例如GE（現威立雅）平均膜孔徑是0.04微米，世浦泰平均膜孔徑是0.03微米。

超濾和微濾，對于污水中細菌尺寸而言，實際上對膜孔影響的位置是不同的。超濾膜因孔徑比細菌小一個數量級，運行一段時間后細菌會吸附在膜孔表面，通過反洗可以清潔，所以這一過程是可逆的；但對于與細菌尺寸同一個數量級的微濾膜而言，部分細菌在負壓抽吸時卻能夠進入微濾膜孔內部，導致微濾的堵塞是不可逆的。

為了提升膜通量，膜制造商一般有兩種改造膜孔徑的路徑：第一種是增大膜孔尺寸，在純水中實測時會發現通量確實增大了，但在污水使用中卻發現該方法提升的通量是不可持續的、且流量彈性較小（平均膜通量≤20LMH，峰值膜通量≤ 25LMH ）的問題，即國內用戶普遍觀察到的膜通量衰減較快、膜使用壽命較短（生活污水 3~7年）；第二種是提升開孔率且維持超濾膜孔徑尺寸，這是一種材料層面的本質提升，但世浦泰選擇了這條最難的路徑。世浦泰高性能超濾膜孔徑小且均勻、純水通量高、污水中MBR高通量可持續、流量彈性大（平均膜通量28～32LMH， 峰值膜通量≤60LMH）、膜通量衰減慢、膜使用壽命長（生活污水 10～15年）。

目前國內外市場主流的膜通量指標相差很大。國產常規市政污水膜產品的通量為10～15LMH，國產一線膜產品的通量為15～20LMH，國際一線平均膜產品的通量為25～28LMH。比如，德國最大的MBR污水處理廠使用超濾MBR膜13年還沒有更換，雨季峰值膜通量運行時按40LMH以上運行。世浦泰超濾膜在國際一線膜通量水平基礎上又取得了突破，平均膜通量達到30～32LMH，峰值膜通量最高達到60 LMH。

2. 用膜貴、換膜貴之降低膜能耗

白海龍表示，世浦泰分別從兩個方面攻克膜系統的能耗問題：

（1）降低膜吹掃能耗

國內常規微濾MBR工藝污水廠的電耗占比中，膜系統的能耗約占一半，遠遠高于生化系統能耗。其中，膜系統的噸水電耗中膜吹掃曝氣鼓風機占比約75%，由此可以看出，降低膜吹掃能耗，就能夠大大節約膜系統消耗。

世浦泰高性能超濾膜組器相比微濾膜組器可成功實現膜吹掃運行能耗降低50~70%。

（2）降低MBR工藝系統回流能耗

傳統AAO-MBR工藝流程采用三段回流，減少回流段，能夠有效降低MBR工藝系統的回流能耗，例如新加坡某污水廠采用五段AO-MBR工藝，采用一段回流，膜吹掃曝氣能耗小于0.04 kwh，全廠噸水電耗僅0.27kwh。

綜合來看，解決“膜三貴”的經濟性問題需要達到以下“333”的目標：對于日處理規模萬噸級以上的城鎮污水處理廠而言，需要能夠持續穩定運行達到30L/(㎡·h)的膜通量、膜吹掃氣水比降至3：1以下、MBR工藝污水廠全廠運行噸水電耗降至0.3kwh/m3以下。

世浦泰超濾MBR膜經過多年的研發和實踐應用，大量應用數據說明世浦泰膜產品已經具備了非常出色的表現力和經濟性。以5萬噸/天處理規模、準四標準的污水廠為例，按20年的生命周期全成本計算，世浦泰新MBR膜的噸水綜合成本不僅大幅低于傳統MBR工藝，并首次低于傳統AAO工藝的成本。

3、新膜法之新場景：原址原位產能翻倍、準IV出水、水價不漲且投資回報率增加

3.1 以單獨污水廠為應用場景

若以4萬噸/天某污水廠為例，希望原址原位擴容到8萬噸/天，出水標準從一級A到準四類水。世浦泰的新膜法顛覆性地實現了，既要“出水水質直接達到回用標準、減少50%以上占地”的傳統膜法優勢，政府又要“噸水價不漲、150~200%雨季來水能處理”，水務公司還要“投資回報率增加、不再焦慮傳統膜法頻繁的維護和更換”。目前傳統膜法已可以實現“既要”這一部分，但“又要”和“還要”這兩部分，世浦泰新膜法是唯一可以成功實現的解決方案。

清華大學環境學院教授、國家環境保護技術管理與評估工程技術中心主任王凱軍在《環保回憶錄》中也提到了管網的提質增效問題，文中表示，管網修復不能一蹴而就，可以換個思路，是否可利用存量污水廠利用雨季低進水濃度特點實現雨季更多的處理污水以防止溢流。基于這一思路，世浦泰從解決二沉池流量負荷瓶頸的角度入手，將二沉池替換為具有高流量彈性的超濾膜產品，無需調節池，降低溢流污染。

3.2 以區域排水規劃和總投資額為應用場景

舉例，某城市城區有A和B兩座污水處理廠，均由某水務公司負責投資、建設和運營。

A廠為6萬噸/天，服務于老城區，排水體制采用截流式的合流式，出水標準一級A。

截流倍數低，雨季溢流污染嚴重；管網不斷完善，老城區晴天處理規模需要從現狀6萬噸增至12萬噸/天；國控斷面的考核和水環境容量壓力，出水標準需從一級A提升至準四類水。

B廠為4萬噸/天，服務于新城區，排水體制采用分流式，出水標準一級A。

由于新產業導入，污水處理量需要從4萬噸增至8萬噸/天；該城市的再生水利用率需從5%提升至25%，而新產業的中水回用導致有提標需求；由于管網滲漏且地下水位較高，分流制在雨季時管網流量仍超出污水廠處理能力。

傳統解決方案，一般均采用新增管網、泵站、調蓄池、原廠提標、新建污水廠等一系列手段來解決，經國內大型設計院經驗值測算，工程總投資約18.4億，土建需求161畝。

但世浦泰新膜法方案，可在不新增用地前提下對A和B廠均原址原位翻倍擴能并同步提標到準四類（污水可資源化），一般無須其它額外投資。同時高性能超濾膜所具有的高流量彈性，使污水廠雨季峰值處理能力可達到晴天處理能力的150~200%，有效避免了雨季溢流污染，減少高昂的雨污分流管網改造和調蓄池建設等投資。

新膜法解決方案總投資僅2.84億、新增用地0畝，相比傳統解決方案可節約80%以上的工程投資、同時無需新增土地資源。

白海龍總結道，新膜法工藝下市政污水的處理能夠完成包括解決擴能、提標、節約用地、雨季溢流污染、縮短施工周期、提高生物安全性和大幅節省總投資等多目標的同步實現。

世浦泰高性能膜產品對各類型水務公司的價值可總結為：“對于已經用膜的水務公司，世浦泰可協助提升已衰減的產水量，并通過微濾換超濾來大幅降本，從此不再焦慮維護和更換的頻繁；對于尚未用膜的水務公司，世浦泰可通過新膜法或膜箱來擴能提標，幫助政府大幅節省投資額的同時，提升水務公司自身的投資回報率。”

03產品化之思考：顛覆性新膜法破局需要什么？

世浦泰背靠中資，以德國知名品牌為平臺，更有效地整合國際研發和頂尖人才資源，以標準化和產品化角度來化解中國水務行業的市場痛點，實現水務行業第三次浪潮的跨越。

對于3萬噸/天以上的傳統工藝污水廠，世浦泰顛覆性的新膜法，將幫助行業用戶實現“既要”“又要”“還要”的擴能提標夢想；而3萬噸以下的中小型傳統工藝污水廠的擴能提標，世浦泰SMC一體化膜箱是一個有魅力的低成本、不停水且快速的解決方案。

全球化的生產基地和研發中心，策略性地利用各自優勢，分工協作，實現國際國內雙循環。Supratec品牌各類產品已銷往全球30多個國家并成功應用。

世浦泰旗下的Supratec微孔曝氣系統已根植中國十多年，是中國和德國市場的占有率最高的企業之一，其中節能型板式曝氣器MF650是國內關注節能降耗運營企業的一把利器。

從產品化角度思考，目前世浦泰也面臨一些困惑。現階段產品標準、工程設計標準、工程項目設計圖紙標準，相互之間的差異在實際工程中會帶來偏差，并造成標準過低、冗余過大所帶來的部分用戶體驗較差的惡性循環。除此之外，行業的工程思維也會造成投資成本和運行成本增加，一些非市場因素的惡性競爭也一定程度阻礙了膜行業的技術進步。世浦泰集團堅信技術的可持續創新升級，產品的性能穩定保證，客戶的應用體驗提升，將為水處理行業的產品化持續發展，貢獻力量。

04“既要”“又要”“還要”的挑戰性，產品型公司將持續進階

論壇現場，就產品化和世浦泰的發展，中國人民大學環境學院教授、博士生導師，中國人民大學低碳水環境技術研究中心主任王洪臣，就“既要”“又要”“還要”的挑戰性進行了探討；北控水務集團有限公司副總裁冒建華，以及E20環境平臺首席合伙人、研究院院長、北京大學環境學院產學研中心主任傅濤老師就“產品說服客戶需要場景和背書”和白海龍就該顛覆性技術在中國市場推廣和落地的話題展開了探討。

白海龍強調顛覆性產品和“踢館”模式的出現是不可避免的，鑒于一些大型水務公司已經建有第三方生產性驗證平臺，如果能做成以產品性能、經濟性和低維護等指標為基礎的競技擂臺，同時面向行業、面向公眾進行公開、開放和透明條件下的測試，就可以避免“踢館”模式下的實測成果在各家水務公司重復進行驗證。

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