楊福金，王孝友

（維爾利環(huán)?？萍技瘓F(tuán)股份有限公司，江蘇 常州 213000）

1 項(xiàng)目概況

垃圾滲濾液通常包括焚燒廠滲濾液、填埋場(chǎng)滲濾液和餐廚滲濾液，滲濾液通常采用預(yù)處理+生化+膜工藝進(jìn)行處置[1-2]。膜濾濃縮液占總水量的30%以上，大量的膜濾濃縮液處置成為滲濾液處理的焦點(diǎn)問(wèn)題[3-5]。本文主要介紹了高壓反滲透工藝，闡述了其作為膜濾濃縮液二次減量工藝的設(shè)計(jì)與運(yùn)行，濃縮液減量有利于降低后續(xù)處理工段的投資和運(yùn)行成本。

某餐廚廢棄物綜合處置一期工程擴(kuò)建項(xiàng)目（污水處理系統(tǒng)）處理規(guī)模550 t/d，項(xiàng)目主體工藝為：預(yù)處理+膜生物反應(yīng)器（CJMBR）+納濾（NF）+反滲透（RO），其中，納濾濃縮液經(jīng)過(guò)物料分離膜設(shè)備減量，減量后濃液目前暫回噴填埋堆體。清液外排水質(zhì)要求達(dá)到：化學(xué)需氧量（CODcr）≤60 mg/L，生化需氧量（BOD5）≤10 mg/L，ρ（氨氮）≤45 mg/L，ρ（總氮）≤70 mg/L，ρ（懸浮物）≤400 mg/L，其他重金屬等指標(biāo)需滿(mǎn)足當(dāng)?shù)嘏欧诺囊蟆?/p>

項(xiàng)目設(shè)計(jì)HPRO（高壓反滲透）設(shè)備取代本項(xiàng)目原反滲透濃縮液處理中DTRO 設(shè)備，并以本項(xiàng)目為依托探究卷式高壓反滲透膜在反滲透濃縮液減量工藝段的應(yīng)用。探究在50%清液回收率的要求下，不同進(jìn)水水質(zhì)條件下HPRO 設(shè)備的操作壓力及設(shè)備穩(wěn)定性，作為后續(xù)設(shè)計(jì)依據(jù)。

探究在50%清液回收率的要求下，不同進(jìn)水水質(zhì)條件下HPRO 設(shè)備的污染物脫除效果，作為后續(xù)設(shè)計(jì)依據(jù)。探究在操作壓力穩(wěn)定至設(shè)計(jì)值情況下，HPRO 設(shè)備用于反滲透濃縮液減量工藝段的設(shè)備穩(wěn)定性及系統(tǒng)清液回收率。

本項(xiàng)目高壓膜系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)如表1。

表1 HPRO 初始設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)條件

本次試運(yùn)行分兩階段，負(fù)荷提升階段及穩(wěn)定運(yùn)行階段。

負(fù)荷提升階段：由于卷式高壓反滲透膜在滲濾液處理領(lǐng)域反滲透濃縮液減量段暫無(wú)運(yùn)行依據(jù)，而本項(xiàng)目反滲透濃液電導(dǎo)率、硬度、堿度較高，因此在調(diào)試初期，在RO 濃液中引入部分主工藝NF 系統(tǒng)清液進(jìn)行調(diào)配，將HPRO 進(jìn)水電導(dǎo)率由35 000 μS/cm逐步抬升至60 000 μS/cm 以上。

穩(wěn)定運(yùn)行階段：在保證系統(tǒng)回收率50%的情況下，觀察設(shè)備穩(wěn)定情況、系統(tǒng)操作壓力的提升及不同進(jìn)水水質(zhì)情況下的處理效果。

2 工藝設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)選用陶氏富耐系列XC-70 型號(hào)膜元件，根據(jù)陶氏手冊(cè)，該膜元件相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 陶氏富耐系列XC-70 膜元件參數(shù)表

由于陶氏富耐系列膜元件未在滲濾液RO 濃縮液處理中有應(yīng)用案例，因此膜廠家在初期設(shè)計(jì)中在通量的定值上較為保守，設(shè)計(jì)階段初定通量7 L/（M2·H）LE，取20 只膜元件后反算實(shí)際設(shè)計(jì)通量6 L/（M2·H）LE。膜系統(tǒng)的相關(guān)計(jì)算見(jiàn)第318 頁(yè)表3、表4。

表3 HPRO 膜系統(tǒng)設(shè)計(jì)值

表4 HPRO 膜系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

3 工藝設(shè)備運(yùn)行狀況

本項(xiàng)目負(fù)荷提升階段的膜通量為4.8L/（M2·H）LE～5.1L/（M2·H）LE，系統(tǒng)清液產(chǎn)率50%，進(jìn)水溫度27 ℃～30 ℃條件下，不同進(jìn)水條件及工況下的鹽組分脫除情況見(jiàn)第318 頁(yè)表5。

表5 負(fù)荷提升階段鹽組分脫除情況表

由以上數(shù)據(jù)可得，本HPRO 系統(tǒng)在負(fù)荷提升階段的條件限定下，對(duì)來(lái)水電導(dǎo)率＜65 000 μs/cm 的脫除率在95%以上；對(duì)來(lái)水ρ（TDS）＜45 000 mg/L的脫除率在95%以上。而在來(lái)水ρ（TDS）＞30 000 mg/L的情況下，出水ρ（TDS）預(yù)計(jì)會(huì)超過(guò)1 000 mg/L，高于回用水標(biāo)準(zhǔn)中ρ（TDS）＜1 000 mg/L 的要求，需與主體工藝系統(tǒng)RO 清液混合排放。

同時(shí)，較高的鹽分脫除效果意味著膜濃液側(cè)鹽分較高，膜系統(tǒng)結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)較高。表6 為6 種工況條件下，在負(fù)荷提升階段，即在膜通量4.8 L/（M2·H）LE～5.1 L/（M2·H）LE，系統(tǒng)清液產(chǎn)率50%，進(jìn)水溫度27 ℃～30 ℃條件下，不同進(jìn)水條件及工況下的COD 脫除情況見(jiàn)表6。

表6 負(fù)荷提升階段COD 脫除情況表

由以上數(shù)據(jù)可得，本HPRO 系統(tǒng)在負(fù)荷提升階段的條件限定下，對(duì)來(lái)水COD＜650 mg/L 的脫除率在94%以上，出水COD＜30 mg/L。本設(shè)備對(duì)COD 脫除效果較好，RO 濃液經(jīng)本設(shè)備處理后清液出水COD 滿(mǎn)足回用水標(biāo)準(zhǔn)。

由于反滲透濃液中氨氮含量較低，因此不作氨氮脫除效果相關(guān)分析。

表7 為負(fù)荷提升階段，即在膜通量4.8L/（M2·H）LE～5.1 L/（M2·H）LE，系統(tǒng)清液產(chǎn)率50%，進(jìn)水溫度27 ℃～30 ℃條件下，不同進(jìn)水條件及工況下的總氮脫除情況表。

表7 負(fù)荷提升階段總氮脫除情況表

由以上數(shù)據(jù)可得，本HPRO 系統(tǒng)在負(fù)荷提升階段的條件限定下，對(duì)來(lái)水ρ（TN）＜700 mg/L 的脫除率在70%以上，出水ρ（TN）＜100 mg/L。在來(lái)水ρ（TN）＞200 mg/L 的條件下，清液側(cè)ρ（TN）＞55 mg/L，較難滿(mǎn)足填埋場(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，需與RO 清液混合排放。

本階段運(yùn)行結(jié)論如下：

1）本HPRO 系統(tǒng)對(duì)鹽分耐受率較高，在來(lái)水電導(dǎo)率達(dá)60 000 μS/cm 的水質(zhì)情況下，仍可保證50%的清液回收率及較高的鹽分脫除率，鹽分脫除率達(dá)95%以上。

2）在來(lái)水ρ（TDS）＞30 000 mg/L 的情況下，出水ρ（TDS）預(yù)計(jì)會(huì)超過(guò)1 000 mg/L，高于回用水標(biāo)準(zhǔn)中ρ（TDS）＜1 000 mg/L 的要求，需與主體工藝系統(tǒng)RO 清液混合排放。

3）來(lái)水ρ（氯離子）＜23 000 mg/L 的水質(zhì)條件下，氯離子脫除率在96%以上，但較難達(dá)到回用水標(biāo)準(zhǔn)中ρ（氯離子）＜250 mg/L 的要求。

4）本系統(tǒng)對(duì)RO 濃縮液COD 的脫除率在94%以上，出水COD＜40 mg/L，出水水質(zhì)較好，滿(mǎn)足填埋場(chǎng)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)及回用水標(biāo)準(zhǔn)。

5）本系統(tǒng)對(duì)來(lái)水ρ（TN）＜700 mg/L 的脫除率在70%以上，出水ρ（TN）＜100 mg/L。較難滿(mǎn)足填埋場(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)表2 的要求，需與RO 清液混合排放。

4 結(jié)果與討論

根據(jù)對(duì)多個(gè)項(xiàng)目的水質(zhì)分析結(jié)果顯示，填埋場(chǎng)RO濃液側(cè)電導(dǎo)率多在60 000 μS/cm～70 000 μS/cm，且由于填埋場(chǎng)濃縮液無(wú)終端消耗的原因，運(yùn)營(yíng)方一般希望RO 濃液減量段具有較高的清液回收率及運(yùn)行穩(wěn)定性，因此建議針對(duì)填埋場(chǎng)的HPRO 設(shè)計(jì)，維持本設(shè)備的配置，即設(shè)計(jì)壓力9 MPa，操作壓力7.0 MPa～7.5 MPa，膜通量6 L/（M2·H）LE，保證50%的清液回收率。

根據(jù)對(duì)多個(gè)項(xiàng)目的水質(zhì)分析結(jié)果顯示，焚燒廠RO 濃液側(cè)電導(dǎo)率多在45 000 μS/cm～55 000 μS/cm之間，而焚燒廠濃縮液有終端消耗的通道，根據(jù)目前多個(gè)項(xiàng)目業(yè)主的要求，全工藝一般有以下兩種清液得率要求：

1）全工藝要求85%清液回收率，此時(shí)HPRO 系統(tǒng)要求得率在50%左右。

根據(jù)的分析，在通量為6 L/（M2·H）LE 的要求條件下，此時(shí)的操作壓力在6 MPa左右，設(shè)計(jì)壓力8 MPa。相較原HPRO 系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力下降1 MPa。

根據(jù)初步選型分析，系統(tǒng)降壓1 MPa對(duì)系統(tǒng)高壓泵及循環(huán)泵的選型無(wú)太大影響，考慮到設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化后的成批采購(gòu)，劃分80 公斤級(jí)設(shè)備系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)上無(wú)太大意義。而根據(jù)系統(tǒng)在操作壓力7.5 MPa以?xún)?nèi)，每提升1 L/（M2·H）LE 膜通量系統(tǒng)壓力上升0.5 MPa的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，建議針對(duì)此工況可將膜通量提升至8 L/（M2·H）LE，此時(shí)系統(tǒng)操作壓力7 MPa左右，設(shè)計(jì)壓力9 MPa，與原HPRO 系統(tǒng)設(shè)備及DTRO 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備選型達(dá)到一致，便于標(biāo)準(zhǔn)化。通過(guò)提高膜通量，減少膜面積的方式，保證設(shè)備經(jīng)濟(jì)性。

2）全工藝要求80%清液回收率，此時(shí)HPRO 系統(tǒng)要求得率在30%以下。

在膜通量為6 L/（M2·H）LE 的要求條件下，此時(shí)的操作壓力在5 MPa左右，設(shè)計(jì)壓力7 MPa，相較原HPRO 系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力下降2 MPa。此時(shí)系統(tǒng)壓力的下降會(huì)引起設(shè)備選型較大變化使得設(shè)備成本下降幅度較大，且設(shè)備功率會(huì)有明顯下調(diào)。考慮到此種工況較為普遍，建議劃分一檔作為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。