超频振动膜在污水处理厂浓水处理中的应用

施勤章

（上海市政工程设计研究总院（集团）第十市政设计院有限公司,甘肃兰州 730030）

1 工程概况

上海市崇明区固废处置园区入驻企业主要从事生活垃圾填埋、生活垃圾焚烧、动物无害化处置等工作，各企业均在厂内设置独立的污水处理站来处理生产废水，处理后的尾水排入北堡镇港，执行上海市地方标准《污水排入城镇下水道水质标准》（GB/T31962-2015）中的A 等级标准，由于各企业单独处理污水运行成本较高，且管理不便，拟在园区建设1座污水处理站，集中收集园区各企业的污水，由各企业预处理后的污水经管网收集后进入新建污水处理站统一处理排放。

污水处理站处理规模1800m³/d，污水处理采用“粗细格栅+曝气沉砂池+膜格栅+调节池+水解酸化池+AAO 生物池+MBR 膜+纳滤+反渗透”的工艺；污水处理中纳滤和反渗透的浓水处理采用“反渗透+超频振动膜+化学除硬+MVR 结晶蒸发”的工艺[1]。处理后的尾水执行上海市地方标准《污水综合排放标准》DB31/199-2018 的限值要求，最终经现状排水管道及排污口排至北堡镇港。

2 设计进水水质

园区污水主要为生产废水和生活污水，生产废水均由各企业处理达到《污水排入城镇下水道水质标准》（GB/T31962-2015）中的A 等级标准后排至污水处理站，污水处理站设计进水COD≤500mg/L，BOD5≤350mg/L，SS≤400mg/L，氨氮≤45mg/L，总氮≤70mg/L，总磷≤8mg/L，溶解性总固体≤1500mg/L。

3 浓水量分析

根据污水处理系统的工艺设计，污水处理段浓水为纳滤系统和反渗透系统的浓水，其中纳滤系统设计进水量75m³/h，设计产水量60m³/h，浓水产量15 m³/h，回收率80%；反渗透系统设计进水流量60m³/h，设计产水量45m³/h，浓水产量15m³/h，回收率75%，浓水总产量30m³/h。

4 浓水处理方案

该项目浓水处理采用“反渗透+超频振动膜+化学除硬+MVR 结晶蒸发”的工艺，各单元处理工艺的原理及设计参数分述如下：

4.1 反渗透系统

该项目浓水处理系统反渗透装置设计进水流量30m³/h，设计产水量18m³/h，回收率60%，膜通量16.13L（/m2·h）。设置1 组反渗透，每组5 个膜壳，每个膜壳内6 个芯，单支膜面积37.2m2，膜总面积1116m2，压力15.5MPa。

4.2 超频振动膜

超频振动膜过滤系统由扭力杆及其下端的超频振动器和上端的膜组件构成。超频振动器发生偏心运动产生一定的振幅，在膜表面流体产生强大的剪切力，防止膜孔堵塞，减少膜清洗次数，并能延长膜使用寿命。振动膜组件内部结构是多层圆盘型钢片，钢片两面贴上膜片，并保持间距让进液通过。

该项目浓水经反渗透系统处理后的浓水量为12m³/h，故超频振动膜系统的设计进水流量为12m³/h，设计产水量7.2m³/h，回收率60%，膜通量16.00L/（m2·h）。设置8支超频振动膜，每支超频振动膜的膜面积50m2，膜总面积400m2。

4.3 除硬系统

该项目设计处理水量1800m³/d，其中焚烧厂垃圾渗滤液经MBR 生化处理水的水量约400m³/d，冷却塔循环排放水约800m³/d，其他废水约600m³/d。三股水经管网收集后至本项目污水处理站进行处理，经过纳滤、反渗透、浓水反渗透及超频振动膜浓缩处理后，最终浓水量为96m³/d，按每天20 小时运转设计，MVR蒸发量为4.8m3/h。

经第三方资质检测机构检测，原水水质中Ca2+和SO42+较高，约在2000mg/L 左右，经浓缩后CaSO4几乎达到饱和，所以必须进行除硬，再进入MVR 蒸发，否则饱和的硫酸钙废水进入蒸发，就马上结成难以除去的硫酸钙垢，对蒸发器的稳定运转造成极大影响。

针对本案水质特点及处理工艺，采用“混凝沉淀”的工艺进行除硬。首先将pH 调节至11.5 左右后，然后加入Na2CO3与Ca2+反应形成CaCO3沉淀，通过化学沉淀将水质中Ca2+离子浓度降低到50mg/L 以下，保证后续MVR蒸发系统的稳定运行。

设计流量按4.8m³/h 考虑，氢氧化钠投加量5000mg/L，碳酸钠投加量400mg/L，硫酸投加量450mg/L，PAM 投加量10mg/L，设置一体连续式除硬絮凝装置1套。

4.4 MVR结晶蒸发装置

针对纳滤、反渗透装置的浓水产量，为保证外排水稳定达标，该项目对纳滤、反渗透的浓水经除硬后进入MVR 结晶蒸发装置进行处理，处理后的结晶盐运至垃圾填埋场进行填埋，其主要设计参数如下：

设计处理量5000kg/h，进料温度30℃，进料总量4800kg/h，出料总量200kg/h，沸点温升11℃，换热面积450m2，冷却水耗量70m³/h，装机总功率442kW。

单蒸釜系统设计处理量330kg/h，蒸发器类型搪瓷蒸发釜，换热面积13.4m2，蒸汽耗量240kg/h，循环水耗量25m³/h，装机功率12kW。

5 运行数据分析

该项目浓水处理工艺采用“反渗透+超频振动膜+化学除硬+MVR 结晶蒸发装置”，经过项目的调试，浓水处理系统运行稳定，超频振动膜的回收率＞60%，脱盐率＞99%。

6 结论

通过“水解酸化+AAO 生物池+MBR+纳滤+反渗透”的综合处理工艺，可有效的处理垃圾渗沥液类废水，出水可以达到海市地方标准《污水综合排放标准》DB31/199-2018 的限值要求，同时可满足尾水排入内河对氯离子的限值要求。

随着国家对环保越发重视，工业污水处理厂需重视高盐废水的处理，既要降低蒸发能耗，更要考虑减少污泥外排，减少化学药剂的使用。浓盐水的处理将是制约污水处理成本的关键技术，若直接将纳滤、反渗透的浓盐水进行蒸发处理，不但处理规模大，而且处理过程中的能耗高。超频振动膜通过激振盘产生的振动频率及相应扭角的高频扭振运动，给组件内部的膜片表面产生强大的剪切力，可防止膜堵塞，增加过滤效率，减少膜清洗的次数和化学药剂的使用，从而延长膜的使用寿命。超频振动膜可作为工业废水处理工程中浓水处理的浓缩技术，可实现降低能耗，减少运行费用，具有较好的应用前景。