本文通过回顾膜生物反应器（MBR）技术历史并剖析ZeeWeed MBR的演变历程，指出了MBR技术的发展趋势。基于用户对MBR产水率、占地、操作简单化和节能方面的挑战，介绍了GE新一代的Zeeweed MBR技术－LEAPmbr。LEAPmbr传承了目前最先进的ZeeWeed MBR解决方案和超过25年的丰富MBR经验，其核心产品是行业内最为可靠的ZeeWeed超滤膜，同时融合了多项重大创新，实现了MBR划时代的技术飞跃。

MBR技术回顾

膜生物反应器（Membrane Bioreator，MBR），准确地定义，是带有膜过滤单元的废水生物处理工艺，是以膜替代二沉池的悬浮增长的活性污泥法工艺。MBR系统正逐渐被认为是解决废水处理和回用问题的最佳适用技术之一。相比传统三级污水处理技术，MBR系统在经济性、运行等方面更具优势，在节省占地面积、简化运行操作和保证更优出水水质的同时，投资成本和生命周期成本都逐步与传统工艺相似。当然，从全球的角度来看MBR技术也需要不断改进从而得到更广泛应用，主要体现在：

系统的规模与膜的性能；

膜擦洗效率和能耗大小；

系统自动控制；

膜的化学清洗。

从中国国内目前实际运行的市政或工业MBR系统来分析，国内MBR技术主要面临的挑战就是系统的规模与膜的性能，即在膜的使用寿命中如何维持持续稳定的膜性能，使膜通量在任何工况条件下都能满足系统的设计处理规模。这实际上是解决MBR技术的最基本性能的问题，也是对MBR膜使用寿命的准确定义。膜的使用寿命决定了膜的价格和更换成本，以及与传统生物处理竞争的优劣势。

MBR发展历史

与超过100年历史的传统废水生物处理技术相比，MBR技术还是一个新的处理工艺。表1总结了自20世纪60年代末MBR技术被提出以来的主要大事纪录，并补充了国内主要MBR膜制造商的商业化进程。

从MBR的发展历史可以看出，浸没式MBR已成为MBR技术市场的主流选择，而近20年浸没式MBR的应用历程可知，平板膜（久保田模式）主要应用在中小型规模的系统，中空纤维膜（GE/Zenon模式）适合所有规模特别是大型的MBR系统，同时对膜组件和膜箱也指明了产品和工艺开发的要素，例如装填密度、膜擦洗能耗要求、单个膜箱处理规模、膜的强度（如支撑型中空纤维膜）和自动在线清洗，这些要素决定了MBR膜组件在市场的客户接受度和可持续竞争性，也证明为什么大多数中空纤维MBR膜制造商正在复制GE（Zenon）的ZeeWeed理念。

ZeeWeed MBR膜产品的演变

ZeeWeed膜始于20世纪90年代初并商业化于1995年，是由强化的支撑型PVDF中空纤维超滤膜组成，可有效避免膜破损、保证最高可达10年的膜寿命。从已有的实际运行数据来看，ZeeWeed MBR膜的平均使用寿命为8年。20多年来，ZeeWeed膜不断优化，每3~4年会有新产品推出，但膜丝材料和尺寸从未改变。这些不断推出的ZeeWeed膜产品持续关注在提高膜性能、改善膜擦洗和降低能耗等方面。目前市场上的ZeeWeed MBR膜产品是由ZW500d膜组件和316L不锈钢膜箱（含管路和膜擦洗装置）组成。图1展示了GE（Zenon）从管式膜生物反应器向ZeeWeed浸没式MBR膜产品的演变历程。基于20多年ZeeWeed MBR产品的创新历程，已奠定了ZeeWeed 500d（简称ZW500d）产品的领先地位，这包括单个膜组件面积的增加、更高更持续稳定的膜透水率和高效的膜擦洗技术。

作为全球MBR技术的领导者，截至2011年底GE已运行的和在建的ZeeWeed膜生物反应器（MBR）已达到500万m3/d，且ZeeWeed MBR膜的平均使用寿命为8年。随着持续研发提高膜性能和膜制造成本不断降低，MBR技术将迎接挑战并最终成为与传统生物处理工艺媲美的工艺，甚至替代传统工艺。

表2回顾并剖析了ZeeWeed膜生物反应器的发展历程，基本上每5年MBR处理规模会上升一个台阶，从中可以知道MBR技术的发展趋势：

简单、可靠、高性能是MBR技术的立足之本；

低能耗是MBR技术追求的目标；

注重工艺优化，从BNR（Biological Nutrient Removal,生物去除营养物）到ENR（Enhanced Nutrient Removal,强化去除营养物）实现了MBR技术对废水营养物（氮和磷）的高效去除；

强化MBR对难生物降解有机物（COD）的去除将使生化处理发挥到极致。

LEAPmbr的创新推出

什么是LEAPmbr

基于用户对MBR产水率、占地、操作简单化和节能方面的挑战，GE推出了新一代的Zeeweed MBR技术－LEAPmbr。LEAP在英文里是一动词，意指跳跃很长一段距离而达到更高的高度或产生巨大的推动。与这一定义一致，LEAPmbr是MBR技术划时代的创新。LEAPmbr也代表该创新能给客户带来“低能耗高性能”（Low Energy Advanced Performance）的收益。

LEAPmbr的特点

与上一代Zeeweed MBR相比，图2展示了LEAPmbr产品的创新特性，主要表现为：

高效：新一代ZeeWeed膜有效提高15%的产水率；

占地紧凑：灵活的设计减少20%的MBR占地面积，降低建设成本；

简便：简单的设计减少50%的膜空气擦洗与控制设备。LEAPmbr的简便性实现了里程碑式的飞跃，同时仍保持前所未有的灵活性；

节能：节省30%的能耗，降低运营成本：

可靠：行业内最稳定可靠的MBR膜技术，值得信赖。

膜擦洗是MBR工艺优化的重要内容，这关系到实现低能耗的MBR系统。图3总结了ZeeWeed MBR膜擦洗方式的演变历程。典型的膜擦洗能耗从早期连续擦洗的0.9kWh/m3（1995年）到序批式擦洗的0.2kWh/m3（2002年），从10/30 Eco-擦洗的0.1kWh/m3（2005年）到LEAP擦洗的0.06kWh/m3（2011年），这使MBR技术的能耗与传统生物处理能耗持平成为可能。目前一个优化的LEAPmbr系统的运行能耗已与传统工艺的相当。膜擦洗气泡由大的“球形”气泡升级为超大的“蘑菇云”气泡，在降低擦洗空气量的同时使膜擦洗效率大大提高，极大地减少了膜污染或污堵的可能性。

案例分析：美国佛罗里达州Marco岛

冬季是美国佛罗里达州Marco岛的旅游旺季，人口可达平时的两倍，这使得岛上对污水处理设施的需求大大增加。为满足更大处理水量的要求同时面临有限的扩建工厂用地挑战，2007年Marco岛将现有的污水处理设施升级改造为膜生物反应器。

Marco岛产生的污水量已经超过了排放额度，因此供应高质量的回用水是高尔夫球场和私人住宅持续稳定的灌溉用水来源。

2010年5月初，Marco岛污水处理厂被选定成为LEAPmbr技术测试点。通过一年多的膜擦洗和运行性能测试，有效地证明了该技术比原来的ZeeWeed MBR系统具有显著的节能效果和高效的产水率，如图4所示。结果表明：

LEAPmbr膜箱能够在比序批式膜箱低30%的膜擦洗空气量下稳定运行；

在所有工况条件下LEAPmbr膜箱的跨膜压差（TMP）要低于序批式膜箱，显示出更好的水力学性能，明显优于序批式膜箱；

与序批式擦洗技术相比，LEAPmbr擦洗装置更不易产生机械堵塞。同时取消循环擦洗阀门而节省了操作维护费用；

根据每3~4月检查膜箱的结果，无污堵淤积现象。
　
小结

通过回顾MBR技术的发展历程，表明低能耗高性能是MBR技术的必由之路，同时强化MBR以实现对营养物和难生物降解有机物的高效去除将是MBR工艺的终极目标。LEAPmbr传承了目前最先进的Zeeweed MBR解决方案和超过25年的丰富MBR经验，其核心产品是行业内最为可靠的ZeeWeed超滤膜，同时融合了多项重大创新，实现了Zeeweed MBR里程碑式的技术飞跃，是MBR技术划时代的创新。