咸阳路再生水厂膜处理工艺的选择

武照远

（天津市市政工程设计研究院 ，天津市 300051）

0 前言

天津市是一个人口高度密集，经济迅速发展的港口城市，同时也是一个淡水资源严重缺乏的城市。为了保证天津市的可持续发展，近年来对再生水的研究和利用做了大量的工作。

咸阳路再生水厂的规模为5×104m3/d，其服务范围近期主要包括杨柳青热电厂、华苑产业园区、第三高教区、瑞景新苑居住区等，远期增加中北镇工业园区、候台风景区、城建学院及周边等用户。

1 进出水水质分析

1.1 进水水质

咸阳路再生水厂的进水来自咸阳路污水处理厂二沉池第三系列的出水，其具体指标见表1。

表1 咸阳路再生水厂进水水质指标

再生水厂的出水水质主要受回用方向的制约，咸阳路再生水厂提供的再生水主要用于城市杂用水（含城市绿化、道路清扫）、观赏性景观环境用水及循环冷却系统补充水等。

上述三种用途对水质要求的侧重点不同，如回用于城市杂用水时对浊度、溶解性总固体、总余氯、总大肠菌群要求较高；回用于观赏性景观环境用水时对BOD5、溶解氧、总磷、氨氮、石油类物质要求较高；回用于工业循环冷却系统补充水时，对总硬度、溶解性总固体要求较高。

考虑上述各种回用方向所占的比例相差不大，同时考虑到管网实施的难度，因此，再生水厂的出水水质应该结合城市杂用水、观赏性景观环境用水、工业循环冷却系统补充水三种水质的要求统一考虑，最终确定咸阳路再生水厂采用统一指标供水，见表2。

表2 咸阳路再生水厂工程出水水质指标

2 工艺方案论证

再生水处理流程力求运行可靠，操作简单，水质合格稳定，运行费用低。目前常用的深度处理技术有混凝－沉淀－过滤、活性炭吸附、膜技术等。传统的处理流程主要有以下几种：

（1）污水厂出水＋过滤＋消毒；

（2）污水厂出水＋微絮凝＋过滤＋消毒；

（3）污水厂出水＋絮凝＋沉淀＋过滤＋消毒；

（4）污水厂出水＋微滤＋消毒；

（5）污水厂出水＋絮凝＋沉淀＋过滤＋活性炭吸附＋消毒。

传统处理工艺（混凝－沉淀－过滤）处理流程长，对重金属含量较高的二级出水处理效果较好，但是对于溶解性有机污染物去除程度有限；活性炭具有很大的比表面积，可以有效地去除色度、臭味，去除大多数无机物、有机物和部分重金属，在污水处理厂出水的深度处理工程中是比较有效的技术，但是活性炭处理的缺点是活性炭的再生过程比较复杂，费用比较高。

深度处理工艺中，近年来发展较快的是膜工艺。膜处理技术包括微滤、超滤、反渗透和电渗析等，目前在水处理中应用比较多的是微滤和超滤技术。超滤可以去除0.2～0.01μm范围内的微粒，微滤可以去除0.2～500μm范围内的微粒，由于膜技术能够有效去除寄生虫、细菌和部分病毒，大大提高了再生水回用的安全性，同时使加氯量减小，特别适于有可能与人体接触的场合，如冲厕、浇洒绿地等。

再生水处理工艺一般是上述一种或者几种处理技术的组合。

为了既保证再生水水质达标，同时又不致使成本过高，本工程根据以下原则选择处理工艺：

（1）在常年运转过程中要保证出水达到所要求的处理程度，处理效果稳定。

（2）运转管理方便，运转方式灵活，并根据不同的进水水质和用水量的变化调整运行方式和参数，最大限度地发挥处理装置和构筑物的处理能力。

（3）充分考虑污水处理工程与再生水工程的有机结合，以及实施的可能性、经济性，做到污水处理和再生水回用统筹安排。

（4）在保证出水水质的条件下，常年运转费用较低。

根据近年对天津市纪庄子污水处理厂、东郊污水处理厂二级出水的监测情况来看，污水处理厂出水的总硬度，总碱度基本是达标的，除冬季外总溶解性固体也是可以达标的，但是冬季由于城市饮用水源的变化，总溶解性固体达到了1 500 mg/L，超过了本工程出水水质的要求。

就本工程的进水水质而言：（TDS）处理是关键。TDS的水处理是比较复杂的，可以用化学法、离子交换法、反渗透（RO）法。化学除盐采用石灰法，TDS可达标，投资比较低，但每天需要大量的熟石灰膏，同时产生碳酸钙泥渣，环境污染严重。离子交换法可使TDS达标，投资较高，大量消耗酸碱，二次污染严重。反渗透（RO）法，需设微滤或超滤做为预处理工艺，一次性投资高。但是，反渗透（RO）法运行稳定，自动化程度高，管理现代化，无二次污染，处理水质好。水处理成本虽高于化学法和离子交换法，但从水资源利用的经济比较而言，仍属技术可靠，经济合理。从环保角度衡量，反渗透（RO）法不增加污染物的排放。因此，本工程选择反渗透作为脱盐工艺。

反渗透是以外加压力克服渗透压的一种膜分离技术，整个分离过程不发生相变，从而节能、经济、设备操作方便。近30年来，随着膜材料组件、工艺技术长足的发展和工业化水平的提高，反渗透在水处理领域得到越来越广泛的应用。反渗透工艺对于溶解有机物质、溶解盐类、金属离子、微生物、胶体物质、氨氮等均具有较高的去除能力。

RO脱盐工艺要求有严格的预处理，保证其清洗周期不小于3个月。RO的预处理包括：去除SS悬浮颗粒，标准是污染指数SDI小于3；去除微生物，标准是大肠菌群为零，细菌总数不小于2个/mL；水质稳定处理，标准为Langelier饱和指数SI小于零，若投加阻垢剂允许SI≤0.8；消除游离氯并将氯胺降低到0.5 mg/L以下。

超滤（UF）或者微滤（MF）水处理系统是目前较为理想的预处理工艺，其出水的污染指数SDI小于3。

微滤和超滤工艺是在膜的一侧施加一定的正压或负压，使水透过膜，而将大于膜孔径的悬浮物、细菌、有机污染物等截留的处理工艺。

膜工作时，膜的外表面会逐渐堆积被拦截的杂质颗粒，孔隙随之被逐渐覆盖，过水阻力逐渐增高。为了及时清除被拦截的杂质，减小过水阻力，需要定时用净化的空气反冲。每次空气反冲之后，膜的工作压力不会完全恢复到原来的状态，工作压力会逐渐上升。这种压力的上升是膜表面附着有机物和结垢造成的，当压力上升到一定数值时需要对膜的表面进行化学清洗，以去除有机物和铁、钙结垢。

超滤的过滤孔径更小，处理效果要优于微滤。但是超滤的产水率要低于微滤，一次性投资也超过微滤。在能满足水质的条件下，选择更为经济的微滤做为RO前处理工艺是最好的选择。因此确定MF-RO工艺为咸阳路再生水厂的主导工艺。

为了降低微滤膜组件的污染负荷，提高膜的使用寿命，还可以在微滤膜的前面增加混凝、沉淀单元。

MF-RO工艺的主要特点是：

（1）出水水质好，更容易被接受，易于推广使用。

（2）虽然已经经过多年的研究开发，但是在水处理上，膜过滤工艺仍然是一种新工艺，设备精细，对操作人员要求较高。

（3）建设和投资运行费用较高，电耗较大。

（4）自动化程度高，可以随时根据出水水质数据调节运行参数，从而使出水水质与运行成本达到综合最优。

（5）随着技术的不断进步，膜产品的价格会越来越低，膜工艺的竞争优势越来越强。

3 结论

工艺的选择是再生水项目的关键，必须通过全方位的比选方能确定。选择适合工程特点、满足工程要求的工艺，是最大限度的发挥再生水项目社会效益和经济效益的基础。