双膜法中水回用处理技术中试实验研究

许家晟 牛洪斌 任杰 王磊 蒲靓春 陈爽

摘要：淡水资源短缺问题不仅是我国还是全世界密切关注的问题，由于我国正处于飞速发展的重要阶段，水资源不足严重影响着经济的发展。为了解决水资源短缺的问题，近些年中水回用技术备受关注。本课题采用“浸没式超滤+反渗透”组合的双膜法对污水处理厂出厂水进行深度处理，不仅可以使回用水用于农业灌溉、绿化灌溉、回灌地下水、工业用水等，甚至还可以达到居民生活用水的标准，极大的解决了我国所面临水资源紧缺和生态环境不断恶化的问题。

关键词：超滤;反渗透;中水回用;污水深度处理

中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：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，我們的一切生产和生活都离不开水。虽然我国地大物博水资源总量丰富，但由于我国人口众多、工业发展迅速以及污染问题的存在，导致我国人均可用水资源严重不足，再加上一些地区受地质条件及环境因素的影响，使该地区水质较差应用局限性大。在水资源如此有限的情况下，有效缓解水资源紧张的措施越来越受到重视。

中水回用，就是将污水或废水集中处理后，再次进行深度处理回用于生产和生活。其回用水不仅可以用于农业灌溉、绿化灌溉、回灌地下水、工业用水等，甚至可以进入水库作为人类的生活用水[1]。使用工艺包括电渗析、离子交换、超滤、反渗透及其组合工艺等。中水回用不仅是节约水资源的有效措施，它还可以减少废水的排放量，减轻环境污染和水体污染，并且能有效缓解城市排水管道的超负荷现象，具有广阔的发展前景。

中水回用在全世界范围内发展迅速，应用也十分广泛。例如，陕西延长石油榆林炼油厂采用“多介质过滤器+超滤+电渗析”污水处理工艺，将该厂炼油生产污水深度处理后作为循环水补充水，有效缓解了企业的用水压力，但其中不足之处是由于液位变化较大，导致电渗析运行不稳定，极易造成浓水外排水氨氮等指标不达标，增加了运行负荷[2]。青岛金河污水厂以该厂出厂水为原水，采用“超滤+纳滤”处理工艺，回用水作为热电厂循环冷却水，并且符合工业用水和市政杂用水标准[3]。新加坡采用“超滤+紫外光+反渗透”处理工艺生产“新生水”，该水大部分进入水库作为饮用水使用[4]。

本课题采用超滤+反渗透的“双膜法”污水深度处理回用技术，用污水处理厂的“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”操作工艺的出水作为双膜法处理的进水，然后先后进入浸没式过滤系统（SMF）和反渗透过滤系统（RO），提高再生水的水质，使其不再限制于只可用于该地区的环境观景用水，还可以使回用水达到更高的标准，发挥更大更广泛的作用。

1 工艺设计

1.1 进水水质

进水为污水处理厂经“曝气沉砂池+生物反应池+二沉池+高密度沉淀池+V型滤池+紫外线消毒池”一系列处理工艺的出厂水，出水水质符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的一级A标准，主要指标如下表1。

1.2 工艺流程

由于经生化处理过的污水其水质较差，水中的氯化物、硬度、溶解性总固体（TDS）和硫酸盐等指标过高，说明处理后水中的无机盐含量较高，使用膜分离技术可大大降低这些指标，提高水质。工艺流程如图1所示。

1.3 主要处理单元

1.3.1 超滤膜过滤系统

采用浸没式过滤系统，浸没式超滤膜过滤是将新型的浸没式膜组件与连续膜过滤技术相结合而派生出来的一种新型的膜过滤技术。这种技术对原水的要求较低，出水水质好可以达到反渗透进水要求并且占地面积小，在具有普通超滤膜过滤效果的同时还可以降低成本，具有很好的经济效益。系统包括原水提升泵、保安过滤器、增压泵、膜组件（孔径0.03μm）、反洗泵、加药泵、反洗水箱、风机、监测仪表及控制仪表几部分组成。

超滤膜组件由6支孔径0.03μm的超滤膜组件组成，系统产水量6m3/h，并放置在容积6m3的膜池内，采用外压式过滤（原水在膜外表面流动，产水透过膜丝留至内表面回收），与内压式相比，错流运行可以将外表面在过滤时存积的污染物质带走，其回水可以继续过滤，具有更高的回收率，并可保证系统长期稳定运行[5]。

由于在运行一段时间后膜组件受污染形成滤饼层，会导致回收率降低产水压力增大，因此系统每运行30分钟进行一次气-水联合反冲洗。并且每天用31%的盐酸或10%的次氯酸钠清洗液进行一次化学清洗。最终，超滤系统产生的废水回到厂内污水管网，净水进入中间水箱。外压式过滤再加上定期的清洗可以有效控制膜污染，使膜长期可以达到很高的透过率，非常适用于原水水质较差的污水处理技术。

1.3.2 反渗透过滤系统

本课题反渗透膜组件采用的是陶氏BW30XFRLE-400反渗透膜，反渗透由于其独特的分离机理，对无机盐有良好的截留效果，脱盐（NaCl）率标准状况下可达到99%以上，是影响污水深度处理水质的关键环节。但该反渗透膜对进水水质要求较高，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SDI15为5，pH范围为2-11。所以在反渗透前需用超滤膜进行处理使水质达到进水标准。

反渗透系统包括保安过滤器、高压泵、增压泵、反渗透膜组、清洗系统、监测仪表及控制仪表七部分组成。膜组用三只陶氏膜元件以一级二段方式连接，系统产水量2.7 m3/h，并根据回收率、脱盐率、跨膜压差的变化进行化学清洗，恢复膜通量，增加反渗透膜使用寿命。

2 实验数据分析

2.1 原水水质

本实验对该污水处理厂出厂水水质进行长期检测并与《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2所示：

由上表可看出，该污水处理厂的出厂水只能符合观景环境用水的水质标准，回用范围十分局限，对缓解水资源短缺意义不大。

2.2 超滤系统运行情况

为了节约成本使其发挥最优的功效，超滤膜系统按照前期所得出的最佳运行参数进行运行，运行参数如表3所示：

由于膜分离对细菌有较高的截留作用，所以出厂水并没有加入最终的消毒环节，并且膜分离较化学药剂杀菌相比，不会产生二次污染，既可以保护膜本身还不会对环境造成威胁。根据对超滤系统进出水水质的长期检测，可见TDS、氯离子和一些高价盐离子、铅、汞、磷、砷和油类等其他有毒物质变化不大，仍然无法满足各回用水标准，但粪大肠菌群数、浊度、色度及悬浮物可看到其含量明显减少，并且出水水质的SDI较低，综合以上数据超滤出水各项指标完全符合反渗透膜进水标准。超滤进出水检测数据见下表4：

2.3 反渗透系统运行情况

反渗透膜过滤系统按照最佳运行参数进行运行，运行参数如下表5：

通过反渗透系统处理后，对系统产水进行全面水质检测，发现其氯离子、TDS、硫酸盐和硬度都有明显的下降，使中水回用水达到表2中各回用标准，可以看出“超滤+反渗透”双膜法工艺对污水深度处理效果十分明显，由于出水水质较佳，为使回用水应用范围更广，故将其与城镇居民生活饮用水标准作比较，具体数据见下表6。

有上表数据可以看出，反渗透出水水质各项指标远远小于《国家生活饮用水卫生标准GB 5749-2006》的标准限值，并且产水硬度较低口感较好，完全可以供給居民作为日常生活用水，对缓解水资源紧张十分有益。

3 经济效益

根据长期运行结果分析，该中水回用工艺运行成本约1.06元/m3，其中包括药剂清洗费用0.4元/m3，能耗费0.66元/m3;当地工业用水单价为4.7元/m3。可以看出其具有较好的经济效益，为今后的推广与应用提供有价值的参考意见。

4 总结

该污水厂的出厂水质较差，仅可回用于景观环境用水，回用范围具有很大的局限性，但采用浸没式“超滤+反渗透”组合的双膜法工艺对污水进行深度处理，其回用水可以应用到绿化灌溉、冷却循环用水、回灌地下水、工厂公司用水甚至还可以供给居民作为生活饮用水，运行成本较低，可应用的范围更加宽泛，真正的解决了水资源短缺的问题。

膜分离技术作为污水深度处理的新技术，在生产出优质的回用水同时，还可以减少排污，大大减轻了江河湖泊的污染，保护水资源不会被破坏。

但用膜分离技术处理污水在目前仍然有许多棘手的问题，如膜材料的价格比较昂贵，污水本身水质较差，对膜本身的消耗也较大，如何高效、环保的清洗膜表面，增加膜寿命等等都是目前所面临的问题。只有研制出更耐污染的膜材料、设计出更易清洗的工艺手段并且在保证处理量和水质的同时降低膜元件和运行过程中的成本，膜分离技术才可以更好的应用于污水处理，为国家可持续发展、保护生态环境做出更大贡献，因此膜分离法污水回用技术具有十分广阔的发展应用前景。

参考文献

[1]李素芹.钢铁工业水处理实用技术与应用[M].北京：冶金工业出版社，2015：06.

[2]白小春，刘锦芳，刘喜平.中水回用技术在炼油厂污水处理装置中的应用[J].炼油与化工，2018，29（05）：19-21.

[3]刘骁智，隋春晓.青岛豆金河中水回用作为热电厂循环冷却水[J].中国给水排水，2018，34（16）：81-84.

[4]李国新，颜昌宙，李庆召.污水回用技术进展及发展趋势[J].环境科学与技术，2009，1（32）：79-83.

[5]张磊，乔雪峰，徐军.内、外压式超滤的比较[J].过滤与分离，2017，27（04）：36-39.

收稿日期：2019-01-20

作者简介：许家晟（1994-），男，汉族，硕士研究生，研究方向为水处理。