专利名称：一种脉冲曝气器和包括该脉冲曝气器的膜组器

专利号：ZL202011413123.X

专利类型：发明专利

授权日期：2021年3月26日

专利权人：上海威德环保有限公司，上海世浦泰膜科技有限公司

发明人：陆雪松；姚志华

（一）发明创新点

结合在水处理曝气器领域10年以上行业龙头的经验，与全世界一流膜材料与膜组器研发团队的技术能力，世浦泰为中空纤维MBR膜组器定向发开了这款脉冲曝气器。通过虹吸原理，在不借助外围机械装置和阀门切换的情况下，实现脉冲曝气的效果。该曝气器在工作过程中，通过管道持续性地向蓄气腔内输送少量的空气，并在蓄气腔内累积，当气量累积到一定程度后，一次性释放。通过这样的工作方式，获得比传统持续供气的穿孔曝气管更好的吹扫冲刷效果，有效控制膜污染，避免夹泥的发生，同时大幅度降低需求量；结合高通量的中空纤维超滤膜与特殊优化设计的膜组器，将MBR膜系统气水比（SAPp）从原有的7至10m³/m³，降至3.5m³/m³以下。

（二）应用领域和范围

本发明专利的应用领域包括城镇污水处理、工业及工业园区污废水处理中的膜生物反应器工艺及浸没式超滤工艺，以及再生水处理与给水厂处理中的浸没式超滤工艺。随着国家发改委及生态环境部发布的《“十四五”城镇污水处理及资源化利用发展规划》，对于污水处理及资源化产业，提出了非常明显的积极导向及推动，作为高效处理技术的MBR和超滤设备因其优异的出水水质，越来越低的建设成本，受到了多方面的关注。同时，在双碳背景下，包括中国工业协会在内的多家机构正在积极推动MBR及超滤设备向低碳，节能运行的方向迈进。因此本发明在双重效应的作用下，具有广阔的应用前景。

（三）实施效果

本专利技术应用场合中，产品性能表现良好，在正常工况条件下未发现有夹泥、板结等由于冲刷强度低导致的严重膜污染的现象发生，每半年进行一次的离线清洗中，起吊检查膜组器表面的情况也很理想，系统运行时的跨膜压差基本保持在20kPa以下，且没有膜通量衰减的迹象，即使在某些活性污泥浓度高达18000mg/L（两倍与正常工作环境）的条件下，曝气冲刷效果依然良好，没有发生严重的膜污染现象。

同时，采用该专利运行的膜系统在运行能耗方面，对比传统曝气形式的膜系统，根据调研显示，目前我国运行的万吨级以上MBR项目，MBR膜系统的气水比普遍在6到15左右，也是膜系统能耗偏高的一个重要原因，而且采用本专利技术的世浦泰膜系统，实际运行项目统计的膜组器，运行气水比均低于3.5，取得了良好的节能效果。

（四）产业化及市场应用情况

目前该专利的产品已经完全实现了产业化，以膜组器和膜系统为主营业务的世浦泰膜科技，去年营收达到2.8亿。

目前实际建成并运行的项目，如贵屿城镇污水处理厂（5万吨/天），兰州盐场污水处理厂（10万吨/天），惠州陈江街道第二污水处理厂（10万吨/天）等，重庆花溪河综合治理工程（总规模约10万吨/天），均采用了该专利产品。

（五）技术优势
1. 运行能耗低。作为一种新型高效的污水生物处理技术，MBR具有污染物去除率高、出水水质稳定、占地面积小及剩余污泥量少等优点，截止2019年6月，我国万吨级以上MBR工程（含在建）累计设计规模达到了1500万m³/d，目前投入运行的MBR系统累计处理能力超过1200万m³/d，目前中国正称为全球MBR应用最为活跃的国家。但是MBR技术在有效保证产水水质，节省占地面积的同时，需要通过曝气冲刷来控制膜污染的对于产水水量的影响，因此MBR膜系统的吨水能耗比传统工艺高20%至40%，其中曝气能耗占MBR系统能耗的40%。因此，通过新型脉冲曝气器和包括该脉冲曝气器的膜组器的研发与应用，为缓解MBR系统的高能耗，起到了关键性作用，将膜擦洗吹扫气水比由原来的采用传统工艺时的7至10，降低至3.5以下，可节省50%的能耗。

2. 占地面积小。由于采用了高性能超滤中空纤维膜，使得每平米膜每天的产水量达到0.6至0.7吨，相较于国内一线品牌每平米膜每天产0.4吨水，产水能力提高了25%以上，配合先进的膜组器结构与高装填密度的设计，约减小30%的占地面积。

3. 运行寿命长。本专利技术采用高性能超滤中空纤维膜，具有孔径小（0.03微米）与拉伸强度高（大于600N）的优势。经调研，在欧洲运行的超滤膜生物反应器项目，膜的平均使用寿命达到12.5年。

（六）专利运用及保护

近年来，随着专利权人上海世浦泰膜科技有限公司，在水处理膜领域的技术认可度与影响力不断扩大，通过发表论文，行业学术会议主题报告，参与标准制定，行业专家鉴定会等多种方式对于本发明专利技术的大理宣传，目前该专利技术已得到行业专家和技术人员的广泛关注和高度认可。本专利技术对应的技术指标被中国膜工业协会《“领跑者”标准评价要求 膜生物反应器》以及《膜生物反应器节能产品认证技术要求》列为对于膜生物反应器运行效果评价的重要指标。

为保护该发明专利，专利权人同期申请了发明专利《一种脉冲曝气器及其工作方法》（ZL202110000666.7）、《可拆卸的膜组件及其拆卸方法》（ZL202111618641.X）、《一种一体成型的MBR膜单元及其成型方法》（ZL202111345716.1）。

（七）效益分析

本发明专利着眼于目前MBR工艺中的三大痛点，即投资费用高、运行费用高、更换费用高。利用自身高性能的膜材料，配合高装填密度的设计，使得膜系统的占地面积大幅降低，降低了工程总投资的费用，MBR工艺由于其污泥浓度高，占地面积小，单体构筑物少于传统工艺，使其在一些地区得到青睐。用于市政污水处理的平均占地面积是0.5至0.9㎡/（m³*d），而包含三级处理的传统工艺市政污水处理厂的标准是1.2至1.6㎡/（m³*d），而且。；同时为应对高装填密度与高通量运行带来的膜污染加剧的现象，突破性地采用了大气泡擦洗的脉冲曝气器，在提高污泥耐受浓度、防止板结现象的基础上，将膜系统的运行能耗，降低了50%以上，对于一座十万吨规模的污水处理厂，一年可节省电费约320万元；另外，配合小孔径超滤膜的运行时的机械筛分及截留特性，膜的年化学清洗费用也可降低55万元左右，并将使用寿命延长到10年以上。

（八）应用前景

本发明专利针对当前我国在提标改造及污水资源利用方面的需求，将创新的曝气器、先进的结构设计与高性能的中空纤维膜产品有机耦合，提出一种新型的中空纤维膜组器，为节能减排及污水资源化利用，提供了更优更好的选择。

从需求侧的变化而言，随着2021年1月10部委退出《关于推进污水资源化利用的指导意见》以及2021年6月提出的《“十四五”城镇污水处理及资源化利用发展规划》，通过政策层面对污水提标处理与资源化要求进行了明确，而膜生物反应器工艺，因其高质量的出水水质，无疑在排放及回用两方面均具有不可替代的优势；另一方面，随着城市化发展的不断推进，市区用地区域紧张，空间利用率要求不断提高，人们对于城市生活环境水平要求也不断提高，MBR工艺占地面积小优势又将从社会经济效益层面，成为需求层面的又一主要拉动力。

从供给侧的方面看，包括本专利技术在内的一系列针对MBR的革新，如果高性能、高通量、长寿命的膜材料研发；大规模自动化生产降低成本等，将会成为MBR普及推广的强大动力。

综合以上两点来看，本专利技术的推广具有良好的应用前景。

（九）获奖情况

本发明专利技术作为相关科技将申报的核心成果，获得相关奖励如下：
（1）节能降耗奖，低能耗新型MBR超滤膜组器，2021中国环保企业行业贡献评选，，《水工业市场》媒体平台；
（2）汕头市贵屿镇污水处理厂二期工程，2022年市政污水治理优秀案例，E20环境平台；

（3）膜产品优秀品牌，2021年度供排水装备领域领先企业，中国水网