垃圾滲濾液膜濃縮液二次減量設(shè)計與運(yùn)行

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 項目概況

垃圾滲濾液通常包括焚燒廠滲濾液、填埋場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)建項目（污水處理系統(tǒng)）處理規(guī)模550 t/d，項目主體工藝為：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)需滿足當(dāng)?shù)嘏欧诺囊蟆?/p>

項目設(shè)計HPRO（高壓反滲透）設(shè)備取代本項目原反滲透濃縮液處理中DTRO 設(shè)備，并以本項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)計依據(jù)。探究在操作壓力穩(wěn)定至設(shè)計值情況下，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。

本項目高壓膜系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)如表1。

表1 HPRO 初始設(shè)計進(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運(yùn)行依據(jù)，而本項目反滲透濃液電導(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

本系統(tǒng)選用陶氏富耐系列XC-70 型號膜元件，根據(jù)陶氏手冊，該膜元件相關(guān)參數(shù)見表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)計中在通量的定值上較為保守，設(shè)計階段初定通量7 L/（M2·H）LE，取20 只膜元件后反算實際設(shè)計通量6 L/（M2·H）LE。膜系統(tǒng)的相關(guān)計算見第318 頁表3、表4。

表3 HPRO 膜系統(tǒng)設(shè)計值

表4 HPRO 膜系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)

3 工藝設(shè)備運(yùn)行狀況

本項目負(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第318 頁表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，對來水電導(dǎo)率＜65 000 μs/cm 的脫除率在95%以上；對來水ρ（TDS）＜45 000 mg/L的脫除率在95%以上。而在來水ρ（TDS）＞30 000 mg/L的情況下，出水ρ（TDS）預(yù)計會超過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，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，對來水COD＜650 mg/L 的脫除率在94%以上，出水COD＜30 mg/L。本設(shè)備對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，對來水ρ（TN）＜700 mg/L 的脫除率在70%以上，出水ρ（TN）＜100 mg/L。在來水ρ（TN）＞200 mg/L 的條件下，清液側(cè)ρ（TN）＞55 mg/L，較難滿足填埋場污染物排放標(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)對鹽分耐受率較高，在來水電導(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）在來水ρ（TDS）＞30 000 mg/L 的情況下，出水ρ（TDS）預(yù)計會超過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，滿足填埋場水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)及回用水標(biāo)準(zhǔn)。

5）本系統(tǒng)對來水ρ（TN）＜700 mg/L 的脫除率在70%以上，出水ρ（TN）＜100 mg/L。較難滿足填埋場污染物排放標(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)對多個項目的水質(zhì)分析結(jié)果顯示，填埋場RO濃液側(cè)電導(dǎo)率多在60 000 μS/cm～70 000 μS/cm，且由于填埋場濃縮液無終端消耗的原因，運(yùn)營方一般希望RO 濃液減量段具有較高的清液回收率及運(yùn)行穩(wěn)定性，因此建議針對填埋場的HPRO 設(shè)計，維持本設(shè)備的配置，即設(shè)計壓力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)對多個項目的水質(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)目前多個項目業(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，此時的操作壓力在6 MPa左右，設(shè)計壓力8 MPa。相較原HPRO 系統(tǒng)設(shè)計壓力下降1 MPa。

根據(jù)初步選型分析，系統(tǒng)降壓1 MPa對系統(tǒng)高壓泵及循環(huán)泵的選型無太大影響，考慮到設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化后的成批采購，劃分80 公斤級設(shè)備系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)上無太大意義。而根據(jù)系統(tǒng)在操作壓力7.5 MPa以內(nèi)，每提升1 L/（M2·H）LE 膜通量系統(tǒng)壓力上升0.5 MPa的實際經(jīng)驗，建議針對此工況可將膜通量提升至8 L/（M2·H）LE，此時系統(tǒng)操作壓力7 MPa左右，設(shè)計壓力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，此時的操作壓力在5 MPa左右，設(shè)計壓力7 MPa，相較原HPRO 系統(tǒng)設(shè)計壓力下降2 MPa。此時系統(tǒng)壓力的下降會引起設(shè)備選型較大變化使得設(shè)備成本下降幅度較大，且設(shè)備功率會有明顯下調(diào)?？紤]到此種工況較為普遍，建議劃分一檔作為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。