黄河口地区城市污水的再生回用技术中试实验研究

顾学林，张晓敏

（胜利油田供水分公司，山东东营257061）

1 引言

黄河口地处黄河入海口的三角洲地区，地下水较浅，且地下水矿化度较高，一般在5～20g/L[1]，容易渗入渠道收集的城市污水中，使城市污水的氯离子含量在1000～5000mg/L之间。黄河口地区的污水处理工艺均为生化处理，难以去除水中氯离子，致使处理后水中氯离子含量偏高，限制了再生水的回用范围。黄河口地区某城市污水处理厂的出水水质：COD:26.59mg/L、NH3-N:1.09mg/L、BOD:6.4mg/L、TN:12.63mg/L、TP:0.3mg/L、SS:5.18mg/L、浊度:0.9、大肠菌:800 个/L、氯离子:2212 mg/L、硫酸盐:493mg/L、铁:＜0.12 mg/L、锰:＜0.01 mg/L、阴离子表面活性剂:＜0.05 mg/L、总溶解性固体:1419 mg/L、石油类:0.01mg/L，对照《城市污水再生利用绿地灌溉水质》（GB25499-2010）、《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB18920-2010）、《城市污水再生利用景观环境用水水质》（GB18921-2002）、《城市污水再生利用工业用水水质》(GBT 19923-2005)，只有氯离子和总溶解性固体超出了绿地灌溉水质、城市杂用水水质、工业用水水质的标准，限制了再生水的回用范围。目前，黄河口地区城市污水厂的再生水只能直接回用于景观用水，因此，需要对黄河口地区的城市污水厂的出水进一步处理，降低水中的盐类物质含量，使黄河口地区的再生水发挥更大更广泛的作用。

2 城市污水的再生工艺概况

在黄河口地区某污水厂开展了再生回用工程试验项目，该地区城市污水厂处理工艺采用“曝气沉砂池+AAO生物反应池+二沉池+高密度沉淀池+V型滤池+紫外线消毒池”，出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的一级A标准，再生处理后全面达到城市污水再生利用的各项水质标准。

2.1 设计水质

黄河口地区城市污水厂的一级A出水与《城市污水再生利用绿地灌溉水质》（GB25499-2010）、《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB18920-2010）、《城市污水再生利用景观环境用水水质》（GB18921-2002）、《城市污水再生利用工业用水水质》(GBT 19923-2005)进行对比，只有氯化物、溶解性总固体（TDS）、硫酸盐、总硬度四项指标不满足其回用水水质要求，如表1所示。

表1 再生回用工程控制指标与再生水水质标准的比较 单位：mg/L

2.2 中试工艺设计

因为黄河口地区城市污水的再生回用工程的控制指标主要是一价、二价的盐类物质，所以，双膜法为再生水回用工程的首选工艺，其工艺流程如图1所示。

图1 工艺流程

2.2.1 超滤系统

采用浸没式超滤系统，包括保安过滤器、进水泵、超滤膜池、清洗系统、产水泵及控制仪表六部分。

采用浸没式中空纤维超滤膜，外压式过滤，原水在膜丝内流动，滤后水经膜丝过滤后流至膜外，在膜丝内积存的污染物质通过较高流量和较高压力的水流带走，为保证膜的过滤性能，过滤同时进行空气擦洗，且系统30分钟进行一次气水联洗，反洗液由内向外反向清洗，45s气水洗45s水洗。每天进行一次化学清洗，化学清洗时投加31%的盐酸或10%的次氯酸钠。超滤系统产生的废水回到厂内污水管网。

主要设备参数：设置一组超滤膜池，膜池容积为6m3，正常运行液位为2.1m，处理规模6m3/h，设有6支超滤单元，膜组件参数：外形尺寸Ø160×1800mm，膜材料为聚偏氟乙烯（PVDF），膜丝内径/外径为0.7mm/1.2mm，膜丝平均孔径为0.03μm，设计通量为29L/m2·h，膜面积为35m2。一台进水泵9.6m3/h；一台网格过滤器；一台产水泵兼作反洗水泵9.6m3/h；一台鼓风机75m3/h；两台加药泵50L/h，一台投加阻垢剂，一台根据进水ORP投加还原剂。在线监测仪表有超滤进水浊度计、出水浊度计、进水pH计、进水流量计、产水流量计。2个直径1m高1.1m的储水箱，一台150L/h回用供水泵。

2.2.2 反渗透系统

反渗透系统采用1级2段式工作模式，包括保安过滤器、高压泵、反渗透膜组、清洗系统及控制仪表五部分。

采用陶氏BW30-400反渗透膜，根据跨膜压差投加药剂进行化学清洗。反渗透系统产生的废水回厂内污水管网。

主要设备参数：设置3支反渗透单元，膜组件参数：外形尺寸ø201×1016mm，膜片采用聚酰胺复合膜，单支元件有效膜面积为37m2，产水量40m3/d，最高操作压力为41bar，最高压降1bar，最大进水流量19m3/h，最大进水SDI为5，PH范围为2～11。一台保安过滤器4m3/h、一台增压泵250L/min、一台高压进水泵12m3/h、两台加药泵7.6L/h。在线监测仪表有进水氧化还原电位（ORP）、进水电导率、出水电导率、保安过滤器的压力、高压泵前压力、高压泵后压力、RO产水压力、浓水出水压力、产水流量计和浓水流量计。2个直径2米高2米的储水箱，一台3m3/h回用供水泵。

3 中试运行结果

由于超滤对氯离子没有去除效果，而反渗透对氯离子的去除率非常高，远远高于回用标准，因此，为了减少运行成本，将超滤和反渗透的出水进行混合，使出水满足回用要求。

3.1 超滤运行结果

超滤单元按最佳工况参数设计运行，工况参数如表2所示。

经过超滤膜处理后的出水水质如表3所示，出水氯离子和溶解性固体（TDS）基本没有变化，大肠菌可以降低到3000个/L，SDI和PH都达到反渗透膜的进水水质要求。

表2 超滤工艺运行参数

表3 超滤污染物去除效果

3.2 反渗透运行结果

反渗透单元的运行工况如表4所示，产水电导率在100μS/cm以下，脱盐率大于98%，回收率为50%。

表4 RO运行工况

经过反渗透处理后的出水水质如表5所示，出水氯离子小于130mg/L，出水溶解性固体（TDS）小于120 mg/L，大肠菌去除率100%，出水硫酸盐小于15mg/L，远优于表1中回用水水质要求。

表5 RO污染物去除效果

3.3 运行成本

超滤工艺每天一次维护性化学清洗，间隔使用浓度10%的次氯酸钠和浓度31%的盐酸，次氯酸每天投量为0.52t，盐酸每天投量为2.69kg。反渗透工艺投加阻垢剂和亚硫酸氢钠还原剂，还原剂是使RO进水ORP维护在0～200范围内，中试工艺的RO进水ORP始终维持在29～165，没有投加还原剂；阻垢剂平均每天投量为259g。药剂价格：盐酸4元/L，次氯酸钠2.8元/L，复合阻垢剂24元/L，单方水药费0.391元。单方水电耗0.9334kWh，电价0.66元/kWh，单方水电费为0.616元，每天运行费88.85元。

4 中试再生水的回用

4.1 回用水质与水量

按氯离子最不利情况考虑，将RO出水与超滤出水按20:1比例混合后，供厂内自用水。RO产水量为2.7m3/h，按20:1的比例，与超滤出水0.12m3/h的量进行混合，合计供水量为2.82m3/h。混合后的水质情况如表6所示，也可以达到表1中回用水水质要求。

表6 RO与超滤出水混合后水质

4.2 回用工程

污水厂内有高密池助凝用PAM（-）和污泥脱水用PAM（+）需要将固体药粉配制成0.5‰和2.5‰的药液，由中试工程的20:1的混合水取代自来水配药。

4.3 回用效益

污水厂内有高密池助凝用PAM（-）的平均每天投加量为0.016t，用水量为32t。污泥脱水用PAM（+）平均每天投加量为0.033t，用水量为13t。合计厂内每天配制这两种药剂的自用水量为45t，厂内自用水价格为4.7元/方，每天可节约212元水费。

5 结论

黄河口地区的城市污水氯离子含量高，硫酸盐和溶解性固体浓度也超出城市杂用水和绿地灌溉用水的标准，采用浸没式超滤+反渗透组合进行中试，超滤回收率90%以上，反渗透回收率50%，进膜压力1.3MPa时，运行成本1.017元/m3，可使回用水指标达到所有回用水的水质要求。