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第四节
技术经济分析

一、投资/运行成本分析

纳滤膜系统具体项目工程投资及运行成本受到项目工程规模,系统商务技术要求和业主运行管理习惯等多种因素影响,本节相关数据仅供参考。

(一)工程投资

纳滤系统工程投资分为土建投资和设备投资,以去除有机物(高品质水)为目标的某10万m 3 /d的疏松型纳滤膜系统工程为例,初步设计概算中纳滤膜车间的工程造价总投资为10 000万元人民币,即1 000元/m 3 产水,具体见表2-5。

表2-5 10万m 3 /d的纳滤给水工程投资构成

对于以去除硬度、硫酸盐、氯化物和硝酸盐为目标的致密型纳滤膜,纳滤膜组件的投资费约280元/m 3 产水,其余与疏松型纳滤膜基本相同,初步设计概算中吨水投资约950元/m 3 产水。

(二)运行成本

经调研国内外已建成投产的纳滤水厂,纳滤系统直接运行成本的组成主要包括电耗、药耗、膜组件折旧和其他设备折旧及易耗耗材。以去除有机物为目标的疏松型纳滤膜与以去除硬度、硫酸盐、氯化物和硝酸盐为目标的致密型纳滤膜,在运行成本方面具有明显的差别。

疏松型纳滤膜系统直接运行约0.45元/m 3 产水,主要组成为电耗、药耗和膜组件折旧,系统耗电量约0.25kW·h/m 3 产水;阻垢剂与其他药耗成本约0.12元/m 3 产水;膜组件和其他设备折旧及易耗耗材约0.15元/m 3 产水,其中膜折旧的成本计算依据的膜元件价格与工程投资一致,膜元件使用寿命按照5年计算,系统运行水量按设计规模计算。致密型纳滤系统运行成本受纳滤系统的进水水质和产水水质目标水质的影响较大,系统耗电量约0.80元kW·h/m 3 产水,阻垢剂投加量与其他药耗成本均比疏松型纳滤膜系统高出一倍;设备折旧及易耗耗材与疏松型纳滤膜系统基本一致。大致成本可参考表2-6。

表2-6 纳滤膜系统直接运行成本构成

二、影响大规模应用的因素

纳滤膜因其优越的处理效果在市政给水领域具有广阔的市场应用场景,但是仍然存在一些待解决的问题,这些问题限制了市政给水领域纳滤大规模工程化应用。

(一)纳滤膜元件的无效分离

纳滤膜在饮用水处理应用过程中,去除目标污染物的同时也对一些无须及不希望去除的物质进行了分离,导致了纳滤系统的运行能耗及药耗增加。不仅增加了纳滤系统的运行成本,还影响了纳滤尾水的处理处置,某些条件下甚至会引起纳滤产水的化学不稳定性。

(二)预处理系统的复杂性

目前应用的纳滤膜元件基本为卷式复合膜结构,且膜元件采用错流串联的过滤方式,特殊的膜结构形式及运行方式,对纳滤膜进水的水质提出了严格要求,导致了纳滤膜预处理系统的复杂性,已建的大量市政给水项目为了应用纳滤膜工艺而增加了超滤膜等预处理系统,增加了工程投资及运行成本。

(三)工艺系统与给水行业管理习惯的匹配性

目前,国内市政给水领域纳滤膜的应用往往借鉴于工业领域。一般情况下工业系统纳滤工艺工程规模较小,且属于工业厂房的配套辅助系统。工业领域对于水处理系统布置和生产运行管理的关注点与市政给水领域差别较大,市政给水大规模工程化应用应依据自身特点进行全面的系统优化,提升纳滤系统在工艺布置方面的感官效果、降低纳滤系统运行能耗,同时加强水厂生产运行维护便利性。

(四)纳滤浓(尾)水处置

纳滤膜系统在给水处理行业的应用中,伴随着一个不可避免的问题,即随着纳滤过程中高品质产水的不断回收,进水不断被浓缩,最终形成盐分较高的尾水。部分地区原水中含盐量(TDS)较高,经过纳滤处理后,纳滤尾水的TDS含量不能满足当地的环保排放标准,造成了饮用水水质提升的需求与环保行业监督的矛盾。

调研国内外纳滤水厂的运行经验,纳滤浓水排放主要有四种途径,即直接排入水体、排入城市雨水系统后间接排入水体、排入城市污水管道、排至污水厂出口和污水厂处理出水一起混合合并排放。

第一,如果直接排入水体或排入城市雨水系统后间接排入水体,国家标准《污水综合排放标准》(GB8978—1996)对硫酸盐和氯化物无限值要求,而《污水综合排放标准》(上海市地方标准DB31/199—2018)三级标准中硫酸盐无限值要求,但对氯化物的限制要求是800mg/L,对TDS的限值要求是2 000mg/L。由于国家标准无限值要求,因此国内纳滤膜水厂的浓水大部分都是通过原有退水口直接排入水体或排入城市雨水系统后间接排入水体。

第二,如果排入城市污水管道,《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T31962—2015)的限制要求为化学需氧量COD Cr 为500mg/L,硫酸根为600mg/L,氯化物为800mg/L,要求较为宽泛,纳滤水厂的浓水可从污水纳管排放。但纳滤浓水水量一般为处理规模的10%~15%,污水处理厂一般不接收大流量纳滤膜浓水处理。

第三,如果排至污水厂出口和污水厂处理出水一起混合合并排放,主要执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002),此时对于硫酸根、氯化物和TDS均无限值要求,排放虽然在标准允许范围内,但属于非常规做法,各地的环保部门有不同的看法和要求。

三、小结

为满足人们对饮用水水质越来越高的期盼,近年来全国各地均在推广深度处理工艺,部分经济发达地区提出了从供“合格水”到供“高品质水”的转变目标,从而对自来水厂出水水质提出了更高的要求,也对传统水处理工艺提出了挑战,公众对于饮用水水质的高标准需求必然要求更为先进的水处理工艺的应用。对于水源水质复杂或供水品质要求较高的地区,建设饮用水大型纳滤工艺水厂对提升人民饮用水安全及生活水平具有重要的战略意义。目前纳滤膜在市政给水领域纳滤膜大规模工程化应用仍然面临着一些有待解决或优化的限制性因素,应当从用户实际需求的角度对纳滤膜工艺关键技术与设备集成开发进行研究,解决以下不同工程应用条件的重难点技术问题。

(一)纳滤膜元件研究开发

应依据国内市政给水领域纳滤膜大规模应用的实际需求,在膜材料开发和膜元件制造上进行创新,研究开发技术经济适用性更强的膜元件。

(二)纳滤膜装置设备集成开发

对纳滤膜装置进行装配化和集约化的设备成套集成开发,提升单套膜架装置的最大处理规模,降低膜装置的建造成本及运行费用,便于工程实施和生产运行管理。

(三)纳滤膜工艺系统优化研究

对纳滤膜工艺的预处理系统、膜车间重要设计参数以及运行维护关键点等方面进行系统研究,提升纳滤工艺技术的运行稳定性和经济可行性。

(四)纳滤膜尾水处理处置

相关部门应联合研究纳滤膜尾水处理处置相关环保政策要求及排放许可情况,研究制定政策、技术和经济合理的纳滤尾水处理处置路线。 r/sWMkjI+o/Qnear8IrIVAPbtGzcnu/fareKp6WWMN5rwKq78q1zL+gwi6DqudQk

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