超頻振動膜在污水處理廠濃水處理中的應用

施勤章

（上海市政工程設計研究總院（集團）第十市政設計院有限公司,甘肅蘭州 730030）

1 工程概況

上海市崇明區固廢處置園區入駐企業主要從事生活垃圾填埋、生活垃圾焚燒、動物無害化處置等工作，各企業均在廠內設置獨立的污水處理站來處理生產廢水，處理后的尾水排入北堡鎮港，執行上海市地方標準《污水排入城鎮下水道水質標準》（GB/T31962-2015）中的A 等級標準，由于各企業單獨處理污水運行成本較高，且管理不便，擬在園區建設1座污水處理站，集中收集園區各企業的污水，由各企業預處理后的污水經管網收集后進入新建污水處理站統一處理排放。

污水處理站處理規模1800m3/d，污水處理采用“粗細格柵+曝氣沉砂池+膜格柵+調節池+水解酸化池+AAO 生物池+MBR 膜+納濾+反滲透”的工藝；污水處理中納濾和反滲透的濃水處理采用“反滲透+超頻振動膜+化學除硬+MVR 結晶蒸發”的工藝[1]。處理后的尾水執行上海市地方標準《污水綜合排放標準》DB31/199-2018 的限值要求，最終經現狀排水管道及排污口排至北堡鎮港。

2 設計進水水質

園區污水主要為生產廢水和生活污水，生產廢水均由各企業處理達到《污水排入城鎮下水道水質標準》（GB/T31962-2015）中的A 等級標準后排至污水處理站，污水處理站設計進水COD≤500mg/L，BOD5≤350mg/L，SS≤400mg/L，氨氮≤45mg/L，總氮≤70mg/L，總磷≤8mg/L，溶解性總固體≤1500mg/L。

3 濃水量分析

根據污水處理系統的工藝設計，污水處理段濃水為納濾系統和反滲透系統的濃水，其中納濾系統設計進水量75m3/h，設計產水量60m3/h，濃水產量15 m3/h，回收率80%；反滲透系統設計進水流量60m3/h，設計產水量45m3/h，濃水產量15m3/h，回收率75%，濃水總產量30m3/h。

4 濃水處理方案

該項目濃水處理采用“反滲透+超頻振動膜+化學除硬+MVR 結晶蒸發”的工藝，各單元處理工藝的原理及設計參數分述如下：

4.1 反滲透系統

該項目濃水處理系統反滲透裝置設計進水流量30m3/h，設計產水量18m3/h，回收率60%，膜通量16.13L（/m2·h）。設置1 組反滲透，每組5 個膜殼，每個膜殼內6 個芯，單支膜面積37.2m2，膜總面積1116m2，壓力15.5MPa。

4.2 超頻振動膜

超頻振動膜過濾系統由扭力桿及其下端的超頻振動器和上端的膜組件構成。超頻振動器發生偏心運動產生一定的振幅，在膜表面流體產生強大的剪切力，防止膜孔堵塞，減少膜清洗次數，并能延長膜使用壽命。振動膜組件內部結構是多層圓盤型鋼片，鋼片兩面貼上膜片，并保持間距讓進液通過。

該項目濃水經反滲透系統處理后的濃水量為12m3/h，故超頻振動膜系統的設計進水流量為12m3/h，設計產水量7.2m3/h，回收率60%，膜通量16.00L/（m2·h）。設置8支超頻振動膜，每支超頻振動膜的膜面積50m2，膜總面積400m2。

4.3 除硬系統

該項目設計處理水量1800m3/d，其中焚燒廠垃圾滲濾液經MBR 生化處理水的水量約400m3/d，冷卻塔循環排放水約800m3/d，其他廢水約600m3/d。三股水經管網收集后至本項目污水處理站進行處理，經過納濾、反滲透、濃水反滲透及超頻振動膜濃縮處理后，最終濃水量為96m3/d，按每天20 小時運轉設計，MVR蒸發量為4.8m3/h。

經第三方資質檢測機構檢測，原水水質中Ca2+和SO42+較高，約在2000mg/L 左右，經濃縮后CaSO4幾乎達到飽和，所以必須進行除硬，再進入MVR 蒸發，否則飽和的硫酸鈣廢水進入蒸發，就馬上結成難以除去的硫酸鈣垢，對蒸發器的穩定運轉造成極大影響。

針對本案水質特點及處理工藝，采用“混凝沉淀”的工藝進行除硬。首先將pH 調節至11.5 左右后，然后加入Na2CO3與Ca2+反應形成CaCO3沉淀，通過化學沉淀將水質中Ca2+離子濃度降低到50mg/L 以下，保證后續MVR蒸發系統的穩定運行。

設計流量按4.8m3/h 考慮，氫氧化鈉投加量5000mg/L，碳酸鈉投加量400mg/L，硫酸投加量450mg/L，PAM 投加量10mg/L，設置一體連續式除硬絮凝裝置1套。

4.4 MVR結晶蒸發裝置

針對納濾、反滲透裝置的濃水產量，為保證外排水穩定達標，該項目對納濾、反滲透的濃水經除硬后進入MVR 結晶蒸發裝置進行處理，處理后的結晶鹽運至垃圾填埋場進行填埋，其主要設計參數如下：

設計處理量5000kg/h，進料溫度30℃，進料總量4800kg/h，出料總量200kg/h，沸點溫升11℃，換熱面積450m2，冷卻水耗量70m3/h，裝機總功率442kW。

單蒸釜系統設計處理量330kg/h，蒸發器類型搪瓷蒸發釜，換熱面積13.4m2，蒸汽耗量240kg/h，循環水耗量25m3/h，裝機功率12kW。

5 運行數據分析

該項目濃水處理工藝采用“反滲透+超頻振動膜+化學除硬+MVR 結晶蒸發裝置”，經過項目的調試，濃水處理系統運行穩定，超頻振動膜的回收率＞60%，脫鹽率＞99%。

6 結論

通過“水解酸化+AAO 生物池+MBR+納濾+反滲透”的綜合處理工藝，可有效的處理垃圾滲瀝液類廢水，出水可以達到海市地方標準《污水綜合排放標準》DB31/199-2018 的限值要求，同時可滿足尾水排入內河對氯離子的限值要求。

隨著國家對環保越發重視，工業污水處理廠需重視高鹽廢水的處理，既要降低蒸發能耗，更要考慮減少污泥外排，減少化學藥劑的使用。濃鹽水的處理將是制約污水處理成本的關鍵技術，若直接將納濾、反滲透的濃鹽水進行蒸發處理，不但處理規模大，而且處理過程中的能耗高。超頻振動膜通過激振盤產生的振動頻率及相應扭角的高頻扭振運動，給組件內部的膜片表面產生強大的剪切力，可防止膜堵塞，增加過濾效率，減少膜清洗的次數和化學藥劑的使用，從而延長膜的使用壽命。超頻振動膜可作為工業廢水處理工程中濃水處理的濃縮技術，可實現降低能耗，減少運行費用，具有較好的應用前景。