反渗透设备在服务区中水回用系统中的应用

罗 凯

（山西省交通新技术发展有限公司，山西 太原 030012）

0 引言

高速公路作为国家基础建设的重要环节，在现代交通运输中扮演着重要的角色。随着高速公路网络进一步覆盖至各县镇，人员和物资的流动将不可避免地依赖于高速公路。高速公路服务区每隔60 km左右均匀地分布于路段，为过往的人员及车辆提供了必要的便利[1]。目前，服务区的各项设施均趋于完善并向更高标准进行升级，部分服务区已经不局限于餐饮、加油，更具备了旅游、购物、休闲娱乐的属性。因而，在此基础上，人流量的增加，也带来了更多的排放，其中污水的处理和去向问题就尤为显著。

目前的服务区污水处理中，基本的生化处理都能得到满足，如生物接触氧化+二沉池工艺、SBR工艺、生物转盘工艺等。部分规模较大、设施完善的服务区还使用了MBR（Membrane Bio-Reactor，膜生物反应器）工艺、多介质过滤等效率较高的二级、三级处理，并实现了一定程度上的中水回用。中水回用的实现，为服务区的污水外排与再利用提供了新的思路和方向。但目前的中水仅适用于绿化、路面冲洗等要求较低的场景，进行冲厕时需要较好的运行状态和调试状态，同时若适用更高标准的用水如景观用水、供热系统循环水、过往车辆用水等，则在水硬度、浊度等方面难以满足，无形之中造成了部分水源的浪费，并增加了排放负担。

1 水处理工艺

1.1 目前常用的中水回用工艺AO+MBR

服务区一般地处偏远，无法与城市污水管网进行合并，污水的外排一般仅采用达标排放及拉运至有资质的水处理单位进行处置。不论采用何种水处理方式，最大化地增加回用水用量和降低多余外排水污染指标都是最基本的原则。所以，中水回用理应成为目前服务区水处理中最基本的处理理念，而一般的二级处理+沉淀池的做法难以稳定满足中水回用的要求。对此MBR在该场景下虽然运行成本略高，但在控制上、稳定性上有着先天优势，目前常用的工艺如AO+MBR，一般流程如图1。

图1 AO+MBR中水处理工艺流程图

MBR系统的加入替代了传统工艺中效率低下的二次沉淀池，通过孔径在0.03μm以下的中空纤维膜过滤掉污水中的杂质，并且对微生物、细菌、大分子有机物都有一定的去除作用，出水浊度极低。MBR工艺的加入使得服务区中水回用不再是纸上谈兵，大批的服务区站点在引入该工艺后都基本实现了场地绿化、冲洗用水，部分管道完善的站点还实现了冲厕，约60%以上的污水得到了一定的再利用，服务区污水外排外运压力大幅降低。

1.2 升级的中水回用——双膜法（MBR+反渗透）

反渗透（RO）膜技术是许多年来使用十分娴熟的超纯水制备技术。其机理主要是，搁置相同体积的稀溶液和浓溶液在半透膜的两边，稀溶液因浓度差会渗透到浓溶液侧的历程叫做渗透[2]。

常规的MBR设备可以有效地去除悬浮物、大分子有机物、100%地节流污泥，并能在一定程度上去除废水中的生物污染物、颗粒物、胶体、浊度、细菌等，同时其出水在一定程度上也满足了反渗透系统的进水水质，在此基础上可以更进一步采用反渗透的方式提升水质，满足更多情况下的中水回用。常用的工艺流程见图2。

图2 MBR+反渗透用于中水回用工艺流程图

服务区污水经过化粪池、格栅、调节池、AO反应器后进入膜池，在平均孔径小于0.03μm的中空纤维膜节流后进入MBR产水池（中间水池），该部分水可用于绿化、喷洒冲洗和要求标准较低的冲厕等其他场景，其余产水由增压系统进一步提升进入反渗透模块，模块产水将独立放置于高品质水箱中存留代用，产生的浓水另外处置，见图3。

图3 反渗透过程中浓水处理工艺流程图

采用RO反渗透系统不可避免地产生浓水，对于服务区这类产水量较小的分散式污水处理系统，浓水可根据实际情况（产量、污染物浓度）采用场区内回流处理、外运或专用设备处理，常用的设备处理是采用高级氧化法的方式如Fenton+活性炭吸附，产水进入Fenton[3]单元进行反应，首先进行加酸调节pH值到3～4，加入双氧水及硫酸盐铁，氧化难生化有机物，通过加碱反调pH值至中性，进入出水检测池，达标后排放。同时增加活性炭吸附系统，使出水更稳定。污泥回流至系统中与生化段排泥一并处理，达标产水进一步外排。

2 采用反渗透工艺对水质的影响

传统的中水回用即AO+MBR技术能达到的最低标准为《城市污水再生利用 城市杂用水水质》（GB 18920—2002）及《公路服务区污水再生利用第1部分:水质》（JT/T645.1—2016）对绿化的标准，即各指标需低于表1中数值。

表1 传统中水回用工艺的最低标准要求 mg/L

考虑到服务区污水水质接近于生活污水，但由于来源多为卫生间，故主要指标略高，AO+MBR系统的产水COD一般在25～40 mg/L之间，BOD在5～10 mg/L之间，氨氮小于等于10 mg/L。MBR系统对悬浮物的隔离效果较好，基本已经无法检测，对大分子有机物有一定的截留能力，对色度也有大幅度的去除效果。但是对于Ca2+、Mg2+及其他无机盐类不能降解，这主要是由于MBR膜孔径大于无机盐离子直径，不能将无机盐离子截留下来，因此不能被去除。

当引入反渗透设备时，由于MBR系统产水已经可以满足反渗透进水要求，可直接增压接入反渗透系统。经过研究得出，反渗透系统对硬度的去除率在99.5%以上，除盐率也在99%以上，同时可进一步去除水体中COD，并且完全去除水体中的SS和色度[4]。可以进一步使产水的COD降低至5～10 mg/L、BOD降至3～6 mg/L，在前处理工艺中加入脱氮除磷工艺时，可满足《城市污水再生利用 景观环境用水水质》（GB18921—2019）中景观环境用水标准，同时水体硬度也基本去除。在此条件下，产水可进一步用于服务区供暖系统的循环用水、服务区景观用水、车辆加水等场景，并且用于冲厕、喷洒时对于管道及容器的清洁程度也有大幅提升。

3 结语

AO+MBR末端出水可以很好地满足反渗透系统要求，该系统应用于AO+MBR中水回用系统末端进行深度处理实现“双膜法”[5]可在MBR工艺的基础上进一步提高水处理效果，实现97.5%以上的有机物去除能力，同时基本去除硬度及盐度，全部的悬浮物、SS、色度等，配合脱氮除磷工艺可大幅度提高产水品质。

高速公路服务区往往是一个封闭、独立的工作系统，若不控制其污染物的循环与排放，极容易产生恶劣的环境影响。中水回用提供了一个积极的方向去将服务区污水进行循环，但产多于入的现状导致实现“零”排放不切实际。小型反渗透水处理设备的引入，极大地提高了服务区中水产水的标准，扩大了中水利用面，使中水回用不再局限于绿化冲厕。同时，进一步在管路输送、保存、接触性上提高了回水的使用感受，使中水回用不再鸡肋，从而推动实现了绿色服务区的构想，走可持续发展道路。