第 卷 第 期膜 科 学 与 技 术４ ２Ｖｏｌ．３４ Ｎｏ．２ ３ 年 月 ２０１４ ４ＭＥＭＢＲＡＮＥ ＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＡ ．２０１４ｒ ｐ膜材料在污水回用中的成本分析１２１１３３春禹 ，学斌 ，晓伟 ，， 启云 ，恩华郭李杨曹 磊 杜刘（，；，１ 蓝星环境工程有限公司 北京葫芦岛锦化化工工程设计有限公司．１０１３１８ ２．； 天，）葫芦岛 ２５００１ ３． 津工业大学 天津 ００１６０１３摘 ：，，，要 为促进膜技术的应用推广 针对膜分离工艺的特点 引进工程寿命周期成本分析方法，、 、提出了吨水膜折旧成本参数 并给出其计算方法 讨论了吨水膜折旧成本在膜工程设计 操作．，、 、维护中的实践意义 也为膜丝 组件 系统的研制开发提供了一个明确的指导原则．：；；；关键词 膜通量 膜寿命 膜价格 吨水膜折旧成本中图分类号：文献标志码：文章编号：８ （ ） ０ ０ＴＱ０２８．８００７ ９２４２０１４０２ ０９５ ４Ａ１ －－ －膜， 年，，技术在近十年内得到迅猛的发展 ００８说是较长使用年限的易耗品 膜对工程成本有重要２ ［ ］１ 中亿 ，速 国膜产业达到 ００元 并以 ０％度发展 ．的影响与控制 在膜工程总运行成本中膜所占的比２３． 制，，，， 约膜技术应用的主要问题就是成本与能耗问题例较大 如苦咸水淡化占 ％海水淡化占 ％而连７５ 膜污染更是影响膜工程寿命成本的主要因素 膜工续超滤与微滤占到， 膜占到以上 膜０％ ＭＢＲ０％．２３．，投， 程设计与建设 单一强调投资成本低而不强调寿命在工程总投资中占有 ０％３０％ 资比例 是工程２ ～［ ］５，假 成本 或只强调短期的高通量而不重视膜长期的使技术经济可行性的主要敏感控制点 ．定膜元件，， 用寿命 这都是不正确的 膜的现实应用中存在着设在应用过程中 以膜在整个寿命周期内总的产水量．［ ］２，工， 计不合理 维护不及时的普遍现象 ．程寿命周期与总的膜费用相比来定义为吨水膜折旧成本 则定、 、 、义吨水膜折旧成本为 成本分指是工程设计 开发 建造 使用直到报废等Ｃ ．ｔｐ［ ］ 过程中发生的费用 ３膜，、／（）． 的工程应用中 膜的价格Ｃ ＝Ｃ Ｑ１ｔｐ、、、式 ， 为； 为 膜结构与膜工艺方式 清洗方式 膜寿命 膜通量等中 Ｃ 膜元件的价格 Ｑ元件的产水量．［ ］４，， 因素都成为影响工程寿命周期成本的主要因素 ．假设膜的通量为Ｊ膜价格为Ｃ膜寿命周期ｍｍ，，， 本文通过定义吨产水膜折旧成本 来表征膜的性能为Ｎ 其中膜工作时间比率ｋ 使用产出水的清洗的，、 、，， 指标对工程经济性的影响 对膜工程设计 操作 维工作时间比率 ｋ其它清洗的工作时间比率 ｋ反ｒｃ，、 、，， 护有重要的的实践意义 同时也为膜丝 组件 系统洗通量为 Ｊ事故维修的工作时间比率 ｋ闲置ｒｂ 的研制开发提供了一个明确的指导原则．率为ｋ．ｎｋ＝ ｋ－ｋ－ｋ－ｋ（）１－ ｒ ｃ ｂ ｎ２ １ 吨水膜折旧成本 ／） ］则［（（）Ｃ ＝Ｃ Ｊ ｋ－Ｊｋ Ｎ３ｔｍ ｒ ｒｐ １．１ 定义１．２ 参数的选取，，，在水处理项目的经济分析中 工程吨水成本包不同膜的不同应用场合 工艺过程不同 系统运、 、、 、 、，、 、 括设备土建折旧 电耗 膜折旧 人工 维护 化学药行参数选取也不尽相同 如表 所示 反渗透 纳滤． １，、， 剂费用等 膜工程较以往水处理工程有所不同 是因超滤及微滤膜的价格与膜材料 组器形式有关 也与．（ ） 为膜材料的出现而表现出较大不确定性 膜材料可技术的成熟度与普及度相关 其中反渗透 Ｏ 应用．．Ｒ；，而 以说是一种较低使用年限的固定投资成本 也可以最为成熟广泛 所以价格最低 微滤与超滤大规模．收：；：稿日期０ ０ 修改稿收到日期１ ２２０１３ １ ５２０１３ １ ２－ －－ －： （ ， ，， ，，， ：第一作者简介 郭春禹 １９７２） 男 辽宁省海城人 硕士 高级工程师 主要研究膜技术在水处理领域的应用 电话－， ：１３６４１３５７２０５Ｅｍ－ ａｉｌ ｃｆｏｒｅｖｅｒ １２６．ｃｏｍｇｙ ＠ · ·膜 科 学 与 技 术第 卷６３４９ 用，据为典型值范围进行取值计算 于污水及净水中 也就是近 年内才得到巨大发．２０ ，，，、、 展 所以膜却比反渗透贵 而纳滤技术则最贵．膜工作时间比率 ｋ 与清洗情况 工艺过程 水膜、、，，的使用寿命与工艺预处理水平 清洗水平 水质情况等因素相关 在反渗透系统中没有反洗过程 、，／，， 质条件 膜设计通量等条件相关 总体上ＲＯ ＮＦ膜事故维修率较低 只有开停机会用产出水冲洗设备，， 元件国外公司通常有年的保质期 国产膜保持化学清洗采用产出水配制清洗剂 但总的用水量较３ ５～， ／，小 在， 期为 年 在膜元件 国外公司产品通常也． Ｕ 与 系统中 需要增加清洗方面的考３ＵＦ ＭＦＦ ＭＦ，，， 要比国产膜寿命要长年 特别是在膜生物反应虑 如在传统外置式有压连续过滤工艺中 要通过在１ ２～，，， 器用膜上 国外公司声称膜寿命在年 而国产线的化学与物理清洗来实现膜清洗过程 如采用采０５ １～ 膜公司有 年的质保期，，３．用原水或压缩空气正冲洗 采用产出水反冲洗 或采、、，膜的平均通量与膜种类 膜应用形式 膜的工艺用原水加化学药剂进行化学清洗 通常工艺中采用、 、，， 过程及操作管理水平等相关 通常反渗透 纳滤 超运行停机反洗通量为 倍产水通．０ ｍｉｎ ５ｍｉｎ２３，，， 滤及微滤膜其平均通量基本上依次增加 外置式膜量 在浸入式过滤系统中 如系统中 采取开．ＭＢＲ，，，， 平均通量要高于浸入式膜 但影响最为直接的是水抽吸泵 ５ｍｉｎ 停抽吸泵 ｍｉｎ 不采用反洗 而仅１３， 、、 、 质的类型 污水 地表水 海水 井水其因为水质洁净通过下面的曝气来实现膜清洗的目的 这样可以减．［ ］ 度增加而使其应用的膜平均通量增加 参数表 数少冲洗水量的耗费 ６ ．．１表 １ 不同膜种类针对不同水质的典型设计膜通量与典型膜价格Ｔａｂｌｅ１ Ｆｌｕｘａｎｄ ｒｉｃｅｏｆｔ ｉｃａｌｄｅｓｉｎｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｅｍｂｒａｎｃｅａｎｄｗａｔｅｒ ｕａｌｉｔ ｐｙｐ ｇｑ ｙ（ · －２） 膜形式水质类型井水地表水废水海水价格／ 元 ｍ／预处理类型无传统过滤传统过滤 沉井／表取水 国产进口Ｏ ＮＦＭＦＭＦＭＦ Ｒ水质ＳＤＩ３３５３５３５ ＜设计膜通量／ＲＯ２ ２７２５２０１７１５ １２ １００ １５０３（ · －２ －１ Ｌ ｍ · ）ｈ设计膜通量／４ＮＦ０ ３５３０３５３０２５ ２０ １５０ ２００－２ －１ （ · · ）Ｌ ｍ ｈ ／ （ ） ＵＦ ＭＦ 外置 预处理无 澄清澄清微絮凝 三级处理 微絮凝 澄清水质ＮＴＵ５１５５３０５１０ ２５＜设计膜通量／ＵＦ００ ７０８０６０８０７０ ７５ ２００ ４００１（ · －２ －１ Ｌ ｍ · ）ｈ设计膜通量／１ＭＦ２０ ９０ １００８０１００ ９５ ９０ ２００ ４００－２ －１ （ · · ）Ｌ ｍ ｈ ／ （ ） ＵＦ ＭＦ 浸入预处理无絮凝絮凝初沉池 二级处理设计膜通量／ＢＲ０ ３０４０２５３０１５０ ３００Ｍ４（ · －２ －１ Ｌ ｍ · ）ｈ］： ［ ，，，注 引自 －１０ 其中膜价格数据通过网络价格典型数据 只满足数据估算需要 并不代表普遍性．７ １．３ 公式的简化位转换常数．不同膜在不同应用场合所设计的膜操作通量也２ 不同膜工程的应用，， 不同 使用的寿命也不相同 另外膜厂家的价格也不， 相同 但本文采取典型值来进行讨论说明 如表 所．１２．１ 膜通量对吨水膜折旧成本的影响 ，，， 示 假设理想条件下 膜工作时间比率 ｋ为 且把１（）采取超微滤膜作反渗透预处理 所谓双膜法 技， 设计通量与清洗通量的差定义为平均通量 则可以，，术 从表 数据可见 反渗透的设计通量要增加１ 简化为式（）４ ．，，０％ ２５％ 但因为双膜的使用 使膜的成本价格增２ ～０Ｃ．１１４ １５５２ ｍ，加了近一倍 但从经验看 膜的使用寿命由原来的（ ， ， ）（）．３Ｃｔ Ｃ Ｊ Ｎ ＝４ｐ ｍ ｐ ｍ·Ｊ Ｎｐ ｍ，， ，年可以延长达到年 增加近 倍 这样 依据式５ ６１～ 式 ， （ ， ， ）， ／ ３； 中 Ｃｔ Ｃ Ｊ Ｎ 为吨水膜折旧成本 元 ｍｐ ｍ ｐ ｍ（）１作图 膜平均通量与吨水膜折旧成本曲线 由图１．２３为， ／ ； 为， ／ Ｃ 膜平均价格 元 ｍＪ 膜的平均通量 ｍ ｍｐ，可以看出 单纯反渗透膜折旧成本由原来的 Ｃ１ｔ （ ２ · ）ｐ； 为膜的使用寿命，；为单 ｍ ｈ Ｎ．１１４ １５５２ａ０ ｍ：· · 第 期郭春禹等 膜材料在污水回用中的成本分析９７２ （ ， ，）／ ３，（ ， ，）， ３元降低为Ｃ ４本会不断的下降 而使膜技术较传统水处理技术更 ００ ２０ ３ ＝０．５７ ｍｔ ００ ２５ ５ ＝ｐ３／ ，，加具有经济性上的竞争力 ０．３５元 ｍ 运行成本得到了明显的下降 同样 在．．，， 海水淡化的工程中 由于平均通量较低 所以膜折旧，， 成本较大 如按通常的 年寿命 膜的折旧成本就基３ 本超出了 元／ ３ 但在采取城市污水进行技１ ｍ ．ＭＢＲ 术， 或其它传统生化结合膜处理的技术 吨水膜折旧 成本基本在小元／ ３ 再加之高压泵的电耗费．２ ｍ ．０， 用及管网输水费用 海水淡化工程的经济可行性远 低于城市污水再生工程．图 膜寿命与吨水膜折旧成本２ｉ．２ ＴｈｅｍｅｍｂｒａｎｅｌｉｆｅａａｉｎｓｔｔｈｅｔｏｎｓｏｆＦｇ ｇ ｗａｔｅｒａｎｄｄｅｒｅｃｉａｔｉｏｎｃｏｓｔ ｐ 图 膜平均通量与吨水膜折旧成本１Ｆｉ．１ Ｔｈｅａｖｅｒａｅｆｌｕｘｏｆｍｅｍｂｒａｎｅａａｉｎｓｔ ｇｇｇｔｏｎｓｏｆｗａｔｅｒａｎｄｄｅｒｅｃｉａｔｉｏｎｃｏｓｔ ｐ ２．２ 膜寿命对吨水膜折旧成本的影响，膜寿命增加吨水膜折旧成本也增加 在膜使用 过程中如果膜寿命增加可降低膜吨水成本 在膜工．图 膜价格与吨水膜折旧成本３， 程的正常运行维护过程中 如果通过较好的维护及Ｆｉ．３ Ｔｈｅｍｅｍｂｒａｎｅ ｒｉｃｅａａｉｎｓｔｔｈｅｔｏｎｓ ｇｐ ｇ， 清洗可以提高膜的使用寿命 年 则吨水成本可以１ｏｆｗａｔｅｒａｎｄｄｅｒｅｃｉａｔｉｏｎｃｏｓｔ ｐ 降低元 膜寿命降低对工程总体运行的经．１ ０．５ ．０ ～２．４ 工程实例分析， 济指标产生根本的影响 是膜工程是否经济可行的、以定西苦咸水淡化项目 安阳钢铁污水再生工， 主要方面 膜清洗占用了膜产水时间 有时还要消耗、，．程 慈溪航丰自来水厂三个实际案例为分析对象 分，， 产水量或气量 一方面可增加膜的使用量 增加清洗、、、析了国产超滤膜 进口超滤膜 反渗透膜的价格 膜，， 费用可提高处理成本 但是从总体上看 清洗增加膜、、通量 膜使用寿命 膜运行率及吨水膜折旧成本的相，， 通量 延长膜的使用寿命 最终保证了膜的经济有效，可以有效的比较膜材料在污关数据参数 详见表 ．２［ ］１ 运行 １－１４ ．水回用中的成本区别 为工程的中膜的选择和设计．膜价格对吨水膜折旧成本的影响， ２．３及运行维护 提供了重要的指导意义．，，通过图 所示 膜价格下降 吨水膜折旧大幅度２３ 结语， 下降 由于国外公司的膜材料价格较高 并且超微滤．，）膜， 膜价格要高于反渗透价格 可以预测有很大的降价１ 工程应用中 吨水膜折旧成本可以作为， 空间 国产膜以价格优势成为其得以发展的主要优一个重要的技术经济性衡量指标 来衡量膜的经．、济性 势 在国产膜如能通过有效的服务 及时的清洗及不． ．），，，如同等产水指标情况下 综合膜的使用寿 断的性能改进 就可以提高工程膜的综合的竞争力２、，，命 膜通量和膜价格因素 国产膜的吨水膜折旧成本 保证膜工程的经济有效运行的 可以预见 随着膜材．，，，，低于进口膜 总体上 国产膜有较强的竞争力． 料的价格不断下降 性能不断提升 膜的吨水折旧成 · ·膜 科 学 与 技 术第 卷８３４９ 表 在典型工程应用中的成本分析２ａｂｌｅ２ Ｔｈｅａｎａｌｓｉｓｏｆｔ ｉｃａｌｅｎｉｎｅｅｒｉｎ ｃｏｓｔＴ ｙ ｙｐ ｇ ｇ定西苦咸水淡化项目／安阳钢铁污水再生慈溪航丰自来水厂／［ ， ］［ ］［ ］－１ ５ １６－１ ６－１ ５（ · １／（ · １１万）工程 万）（ 万 · ）参 数１ ｔ ｄ６ ｔ ｄ５ ｔ ｄ国产超滤反渗透反渗透进口超滤反渗透（ · －２ 膜平均价格 ／ 元 ｍ）００１５０１５０２００１５０Ｃ１ｍ（ · －２ －１ 膜平均通量 ／ Ｌ ｍ · ）０２５２０５０２５Ｊｈ８ｐ 膜的使用寿命 ／Ｎ ａ５５４６６ｍ 膜运行率Ｋ／９８９７９０９８９７％ 吨水膜折旧成本．０５８０．１４１０．２３８０．０７８０．１１８０（ ， ， ）－３）／（ · Ｃ Ｃ Ｊ Ｎ 元 ｍｔ ｍ ｍ ｐ ｐ［］［ ／ ］ ：），７ Ｄｏｗ ＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｃ． ＣＰ ＯＬ ．ｈｔｔ ／／ ／ｗｗｗ．Ｄｏｗ．ｃｏｍ３ 伴随着膜价格下降 浸入式膜因有更长的膜ｐ ／ ／［］ｌｉｕｉｄｎｅｓｓｄｅｓｉｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｈｔｍ ２００９ ６ １．０ ０ｑｇ－ －，， 寿命 较小的运行费用 会成为主要的膜技术形式．［ ］［ ／ ］：／８ ｔｏｒａ Ｉｎｃ． ＣＰ ＯＬ ．ｈｔｔ ／／ｙｐ ｗｗｗ．ｔｏｒａ ｔｏ．ｃｏｍｙ）污水膜回用技术比膜法海水淡化有经济性４．［］２００９ ６ １．０ ０－ －［］［ ／ ］ ：／／９ ｈ ｄｒａｕｔｉｃｓＩｎｃ． ＣＰ ＯＬ ．ｈｔｔ ｗｗｗ．ｍｅｍｂｒａｎｅｓ．ｙ ｐ 参考文献：／ｃｏｍ ［ ０ ０］００９ ６ １．２ － － ［］ 刘夏伊．２００８年中国膜行业回顾与总结——— 访中国膜 １［ ］［ ／ ］：１０ Ｋｏｃｈ Ｉｎｃ． ＣＰ ＯＬ ．ｈｔｔ ／／ ｗｗ．ｋｏｃｈｍｅｍｂｒａｎｅ．ｗｐ［］， ， ）工业协会秘书长刘宪秋水工业市场（ ：Ｊ．２００８ １１ ６／＿［］ｃｏｍ ｓｕ ｏｒｔｒｏｒｏ．Ｈｔｍｌ２００９０ ０６ １．ｐｐ ｐ－ －－８．［ ］ 杨 ， ， ，腊梅 许春华 吴克宏 等 膜分离技术中的清洗保养１１． ［］，，ｗａｔｅｒｒｅ ２ ＬａｗｒｅｎｃｅＰ Ａｄｈａｍ Ｓ ＢａｒｒｏｔｔＬ．Ｅｎｓｕｒｉｎ ｓｅｕｇ－维护技术［］ 能源环境保护，，（）：Ｊ．０１０ ６ １５－１９．２ｒｏｅｃｔｓ ｓｕｃｃｅｅｄｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎａｌ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｉｃａｌｉｓｓｕｅｓｆｏｒ－ ｐ ｊ［ ］ 夏 ， ，１２ 圣骥 李圭白 彭剑锋 超滤膜净化水库水试验研究．［］， ， ：ｔｒｅａｔｅｄｗａｓｔｅｗａｔｅｒｒｅｕｓｅ Ｊ ．Ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ ２００２ １５２［］ 膜科学与技术，， （）：Ｊ ．００６ ２６４ ５６－５９．２２９１－２９８．［ ］， ， ，陈 尧 方纳１３富林 熊 鹰 等 超滤 滤膜处理垃圾填．－ ［］ 张入方 寿命周期成本分析与管理［］ 中国高新技术企 ３．Ｊ．埋场渗沥液［］ 膜科学与技术，， （）：Ｊ．００５ ２５ １ ３５－３８．２业， ，（ ）：００７ １６ ５０－５２．２［ ］ 苏 ，１４ 小建 黄丽婕 微滤和反渗透膜组合工艺浓缩罗汉． ［］ 郭（ ）［ ］ ４ 春禹 膜生物反应器污水再生工程研究．ＭＢＲＤ ．果汁的研究［］ 膜科学与技术，， （）：Ｊ．００９ ２９ １ ６６－６７．２：， ：天津 天津工业大学 ２００５ ６４－７０．［ ］ 郭 ，春禹 吉春红 双膜法技术在市政园区污水再生回１５． ［］， ５ Ｂｅｎ Ａｉｍ Ｒ Ｍ ＳｅｍｍｅｎｓＭ Ｊ．Ｍｅｍｂｒａｎｅｂｉｏｒｅａｃｔｏｒｓ ［］， ， （）用中的应用 Ｊ．膜科学与技术 ２：０１１ ３１ ５ ２－３５．３：ｆｏｒｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔａｎｄ ｒｅｕｓｅ ａ ｓｕｃｃｅｓｓｓｔｏｒ ｙ［ ］ 郭 ， ， ，春禹 赵雪娜 杨晓伟 等 膜清洗技术与经济分析１６．［］， ， （）Ｊ．ＷａｔｅｒＳｃｉＴｅｃｈｎｏｌ ２００３４７ １ ：１－５． ［ ］ 年膜法市政水处理技术研讨会论文集［ ］Ａ ．２０１０Ｃ ． ［］， ， ， ６ 丁 毅 张传义 丽 梅 张雁秋．ＭＢＲ 在污水处理中的：２０１０ ５８－６１．， ）应用与研究进展［］ 给水排水，（ ：００７ １１ ３３－３５．Ｊ．２Ｍｅｍｂｒａｎｅｄｅｒｅｃｉａｔｉｏｎｃｏｓｔａｎａｌｓｉｓｉｎｗａｓｔｅｗａｔｅｒｒｅｕｓｅ ｒｏｅｃｔ ｐｙｐ ｊ１２１１ＵＯ ｈｕｎ ｕ ， Ｉ ｕｅｂｉｎ ， ＡＮＧｉａｏｗｅｉ， ＡＯｅｉ，Ｇ ＣＬ ＸＹＸＣＬｙ３３，Ｄ ＱＬ ＥＵ ｉｕｎＩＵ ｎｈｕａ ｙ（，ＣＴｅｃｈｎｏｌｏ ＣｅｎｔｅｒｆｏｒＭｅｍｂｒａｎｅｈｉｎａＮａｔｉｏｎａｌＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＥｎ ｉｎｅｅｒｉｎ ｇｇｇｙ， ；，Ｂｅｉｉｎ １００３２０ Ｃｈｉｎａ ２．ＨｕｌｕｄｏＪｉｎｈｕａＣｈｅｍｉｃａｌＥｎ ｉｎｅｅｒｉｎ Ｄｅｓｉ ｎＣｏ． Ｌｔｄ．ｊ ｇ