雙膜法中水回用處理技術(shù)中試實(shí)驗(yàn)研究

許家晟 牛洪斌 任杰 王磊 蒲靚春 陳爽

摘要：淡水資源短缺問題不僅是我國還是全世界密切關(guān)注的問題，由于我國正處于飛速發(fā)展的重要階段，水資源不足嚴(yán)重影響著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。為了解決水資源短缺的問題，近些年中水回用技術(shù)備受關(guān)注。本課題采用“浸沒式超濾+反滲透”組合的雙膜法對污水處理廠出廠水進(jìn)行深度處理，不僅可以使回用水用于農(nóng)業(yè)灌溉、綠化灌溉、回灌地下水、工業(yè)用水等，甚至還可以達(dá)到居民生活用水的標(biāo)準(zhǔn)，極大的解決了我國所面臨水資源緊缺和生態(tài)環(huán)境不斷惡化的問題。

關(guān)鍵詞：超濾;反滲透;中水回用;污水深度處理

中圖分類號：X52 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）06-00-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.06.047

nly a matter of close concern to China but also to the world.Because of China is in an important stage of rapid development， the lack of water resources seriously affects the economic development. In order to solve the problem of water shortage， wastewater reuse technology has attracted much attention in recent years. In this project， the double-membrane method of “immersed ultrafiltration + reverse osmosis” is used to perform advanced treatment of the water from the sewage treatment plant. Not only can reuse water be used for agricultural irrigation， green irrigation， recharged groundwater， industrial water and so on. but also reach the standard of residential water use. Wastewater reuse greatly solved the problem that our country faces the shortage of water resources and the deteriorating ecological environment.

Key words：Ultrafiltration;Reclaimed wastewater reuse;Advanced treatment of sewage;Reverse osmosis

水是生命之源，我們的一切生產(chǎn)和生活都離不開水。雖然我國地大物博水資源總量豐富，但由于我國人口眾多、工業(yè)發(fā)展迅速以及污染問題的存在，導(dǎo)致我國人均可用水資源嚴(yán)重不足，再加上一些地區(qū)受地質(zhì)條件及環(huán)境因素的影響，使該地區(qū)水質(zhì)較差應(yīng)用局限性大。在水資源如此有限的情況下，有效緩解水資源緊張的措施越來越受到重視。

中水回用，就是將污水或廢水集中處理后，再次進(jìn)行深度處理回用于生產(chǎn)和生活。其回用水不僅可以用于農(nóng)業(yè)灌溉、綠化灌溉、回灌地下水、工業(yè)用水等，甚至可以進(jìn)入水庫作為人類的生活用水[1]。使用工藝包括電滲析、離子交換、超濾、反滲透及其組合工藝等。中水回用不僅是節(jié)約水資源的有效措施，它還可以減少廢水的排放量，減輕環(huán)境污染和水體污染，并且能有效緩解城市排水管道的超負(fù)荷現(xiàn)象，具有廣闊的發(fā)展前景。

中水回用在全世界范圍內(nèi)發(fā)展迅速，應(yīng)用也十分廣泛。例如，陜西延長石油榆林煉油廠采用“多介質(zhì)過濾器+超濾+電滲析”污水處理工藝，將該廠煉油生產(chǎn)污水深度處理后作為循環(huán)水補(bǔ)充水，有效緩解了企業(yè)的用水壓力，但其中不足之處是由于液位變化較大，導(dǎo)致電滲析運(yùn)行不穩(wěn)定，極易造成濃水外排水氨氮等指標(biāo)不達(dá)標(biāo)，增加了運(yùn)行負(fù)荷[2]。青島金河污水廠以該廠出廠水為原水，采用“超濾+納濾”處理工藝，回用水作為熱電廠循環(huán)冷卻水，并且符合工業(yè)用水和市政雜用水標(biāo)準(zhǔn)[3]。新加坡采用“超濾+紫外光+反滲透”處理工藝生產(chǎn)“新生水”，該水大部分進(jìn)入水庫作為飲用水使用[4]。

本課題采用超濾+反滲透的“雙膜法”污水深度處理回用技術(shù)，用污水處理廠的“曝氣沉砂池+AAO生物反應(yīng)池+二沉池+高密度沉淀池+V型濾池+紫外線消毒池”操作工藝的出水作為雙膜法處理的進(jìn)水，然后先后進(jìn)入浸沒式過濾系統(tǒng)（SMF）和反滲透過濾系統(tǒng)（RO），提高再生水的水質(zhì)，使其不再限制于只可用于該地區(qū)的環(huán)境觀景用水，還可以使回用水達(dá)到更高的標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)揮更大更廣泛的作用。

1 工藝設(shè)計(jì)

1.1 進(jìn)水水質(zhì)

進(jìn)水為污水處理廠經(jīng)“曝氣沉砂池+生物反應(yīng)池+二沉池+高密度沉淀池+V型濾池+紫外線消毒池”一系列處理工藝的出廠水，出水水質(zhì)符合《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）的一級A標(biāo)準(zhǔn)，主要指標(biāo)如下表1。

1.2 工藝流程

由于經(jīng)生化處理過的污水其水質(zhì)較差，水中的氯化物、硬度、溶解性總固體（TDS）和硫酸鹽等指標(biāo)過高，說明處理后水中的無機(jī)鹽含量較高，使用膜分離技術(shù)可大大降低這些指標(biāo)，提高水質(zhì)。工藝流程如圖1所示。

1.3 主要處理單元

1.3.1 超濾膜過濾系統(tǒng)

采用浸沒式過濾系統(tǒng)，浸沒式超濾膜過濾是將新型的浸沒式膜組件與連續(xù)膜過濾技術(shù)相結(jié)合而派生出來的一種新型的膜過濾技術(shù)。這種技術(shù)對原水的要求較低，出水水質(zhì)好可以達(dá)到反滲透進(jìn)水要求并且占地面積小，在具有普通超濾膜過濾效果的同時還可以降低成本，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。系統(tǒng)包括原水提升泵、保安過濾器、增壓泵、膜組件（孔徑0.03μm）、反洗泵、加藥泵、反洗水箱、風(fēng)機(jī)、監(jiān)測儀表及控制儀表幾部分組成。

超濾膜組件由6支孔徑0.03μm的超濾膜組件組成，系統(tǒng)產(chǎn)水量6m3/h，并放置在容積6m3的膜池內(nèi)，采用外壓式過濾（原水在膜外表面流動，產(chǎn)水透過膜絲留至內(nèi)表面回收），與內(nèi)壓式相比，錯流運(yùn)行可以將外表面在過濾時存積的污染物質(zhì)帶走，其回水可以繼續(xù)過濾，具有更高的回收率，并可保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行[5]。

由于在運(yùn)行一段時間后膜組件受污染形成濾餅層，會導(dǎo)致回收率降低產(chǎn)水壓力增大，因此系統(tǒng)每運(yùn)行30分鐘進(jìn)行一次氣-水聯(lián)合反沖洗。并且每天用31%的鹽酸或10%的次氯酸鈉清洗液進(jìn)行一次化學(xué)清洗。最終，超濾系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水回到廠內(nèi)污水管網(wǎng)，凈水進(jìn)入中間水箱。外壓式過濾再加上定期的清洗可以有效控制膜污染，使膜長期可以達(dá)到很高的透過率，非常適用于原水水質(zhì)較差的污水處理技術(shù)。

1.3.2 反滲透過濾系統(tǒng)

本課題反滲透膜組件采用的是陶氏BW30XFRLE-400反滲透膜，反滲透由于其獨(dú)特的分離機(jī)理，對無機(jī)鹽有良好的截留效果，脫鹽（NaCl）率標(biāo)準(zhǔn)狀況下可達(dá)到99%以上，是影響污水深度處理水質(zhì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。但該反滲透膜對進(jìn)水水質(zhì)要求較高，最高操作壓力為41bar，最高壓降1bar，最大進(jìn)水流量19m3/h，最大進(jìn)水SDI15為5，pH范圍為2-11。所以在反滲透前需用超濾膜進(jìn)行處理使水質(zhì)達(dá)到進(jìn)水標(biāo)準(zhǔn)。

反滲透系統(tǒng)包括保安過濾器、高壓泵、增壓泵、反滲透膜組、清洗系統(tǒng)、監(jiān)測儀表及控制儀表七部分組成。膜組用三只陶氏膜元件以一級二段方式連接，系統(tǒng)產(chǎn)水量2.7 m3/h，并根據(jù)回收率、脫鹽率、跨膜壓差的變化進(jìn)行化學(xué)清洗，恢復(fù)膜通量，增加反滲透膜使用壽命。

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2.1 原水水質(zhì)

本實(shí)驗(yàn)對該污水處理廠出廠水水質(zhì)進(jìn)行長期檢測并與《城市污水再生利用綠地灌溉水質(zhì)》（GB25499-2010）、《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB18920-2010）、《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》（GB18921-2002）、《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》（GBT 19923-2005）進(jìn)行對比，只有氯化物、溶解性總固體（TDS）、硫酸鹽、總硬度四項(xiàng)指標(biāo)不滿足其回用水水質(zhì)要求，如表2所示：

由上表可看出，該污水處理廠的出廠水只能符合觀景環(huán)境用水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，回用范圍十分局限，對緩解水資源短缺意義不大。

2.2 超濾系統(tǒng)運(yùn)行情況

為了節(jié)約成本使其發(fā)揮最優(yōu)的功效，超濾膜系統(tǒng)按照前期所得出的最佳運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行運(yùn)行，運(yùn)行參數(shù)如表3所示：

由于膜分離對細(xì)菌有較高的截留作用，所以出廠水并沒有加入最終的消毒環(huán)節(jié)，并且膜分離較化學(xué)藥劑殺菌相比，不會產(chǎn)生二次污染，既可以保護(hù)膜本身還不會對環(huán)境造成威脅。根據(jù)對超濾系統(tǒng)進(jìn)出水水質(zhì)的長期檢測，可見TDS、氯離子和一些高價鹽離子、鉛、汞、磷、砷和油類等其他有毒物質(zhì)變化不大，仍然無法滿足各回用水標(biāo)準(zhǔn)，但糞大腸菌群數(shù)、濁度、色度及懸浮物可看到其含量明顯減少，并且出水水質(zhì)的SDI較低，綜合以上數(shù)據(jù)超濾出水各項(xiàng)指標(biāo)完全符合反滲透膜進(jìn)水標(biāo)準(zhǔn)。超濾進(jìn)出水檢測數(shù)據(jù)見下表4：

2.3 反滲透系統(tǒng)運(yùn)行情況

反滲透膜過濾系統(tǒng)按照最佳運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行運(yùn)行，運(yùn)行參數(shù)如下表5：

通過反滲透系統(tǒng)處理后，對系統(tǒng)產(chǎn)水進(jìn)行全面水質(zhì)檢測，發(fā)現(xiàn)其氯離子、TDS、硫酸鹽和硬度都有明顯的下降，使中水回用水達(dá)到表2中各回用標(biāo)準(zhǔn)，可以看出“超濾+反滲透”雙膜法工藝對污水深度處理效果十分明顯，由于出水水質(zhì)較佳，為使回用水應(yīng)用范圍更廣，故將其與城鎮(zhèn)居民生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)作比較，具體數(shù)據(jù)見下表6。

有上表數(shù)據(jù)可以看出，反滲透出水水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于《國家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GB 5749-2006》的標(biāo)準(zhǔn)限值，并且產(chǎn)水硬度較低口感較好，完全可以供給居民作為日常生活用水，對緩解水資源緊張十分有益。

3 經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)長期運(yùn)行結(jié)果分析，該中水回用工藝運(yùn)行成本約1.06元/m3，其中包括藥劑清洗費(fèi)用0.4元/m3，能耗費(fèi)0.66元/m3;當(dāng)?shù)毓I(yè)用水單價為4.7元/m3?？梢钥闯銎渚哂休^好的經(jīng)濟(jì)效益，為今后的推廣與應(yīng)用提供有價值的參考意見。

4 總結(jié)

該污水廠的出廠水質(zhì)較差，僅可回用于景觀環(huán)境用水，回用范圍具有很大的局限性，但采用浸沒式“超濾+反滲透”組合的雙膜法工藝對污水進(jìn)行深度處理，其回用水可以應(yīng)用到綠化灌溉、冷卻循環(huán)用水、回灌地下水、工廠公司用水甚至還可以供給居民作為生活飲用水，運(yùn)行成本較低，可應(yīng)用的范圍更加寬泛，真正的解決了水資源短缺的問題。

膜分離技術(shù)作為污水深度處理的新技術(shù)，在生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的回用水同時，還可以減少排污，大大減輕了江河湖泊的污染，保護(hù)水資源不會被破壞。

但用膜分離技術(shù)處理污水在目前仍然有許多棘手的問題，如膜材料的價格比較昂貴，污水本身水質(zhì)較差，對膜本身的消耗也較大，如何高效、環(huán)保的清洗膜表面，增加膜壽命等等都是目前所面臨的問題。只有研制出更耐污染的膜材料、設(shè)計(jì)出更易清洗的工藝手段并且在保證處理量和水質(zhì)的同時降低膜元件和運(yùn)行過程中的成本，膜分離技術(shù)才可以更好的應(yīng)用于污水處理，為國家可持續(xù)發(fā)展、保護(hù)生態(tài)環(huán)境做出更大貢獻(xiàn)，因此膜分離法污水回用技術(shù)具有十分廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2019-01-20

作者簡介：許家晟（1994-），男，漢族，碩士研究生，研究方向?yàn)樗幚怼?/p>