運(yùn)用反滲透膜法處理城市污水的技術(shù)分析

劉陳

（賽恩斯環(huán)保股份有限公司，湖南 長沙410007）

緩解水資源短缺要從節(jié)水與尋找新的可用水資源出發(fā)，前者是指要節(jié)約用水，尤其是要提高水工業(yè)用水利用率；后者最具有可行性的措施是污水再生利用。污水回用的含義是處理工業(yè)污水及生活污水并將其作為市政、農(nóng)業(yè)及工業(yè)用水以及地下水回灌的水源，這一方法是解決缺水問題比較經(jīng)濟(jì)、簡單的途徑[1]。

1 污水再生回用的意義及處理技術(shù)

1.1 污水再生利用的意義

污水再生利用能減少水資源的浪費(fèi)，還能節(jié)約排污費(fèi)用。污水來源成本低，容易收集，基建投資要求不高，因此可以用于解決中國水資源分布不均衡的現(xiàn)狀。污水再生利用可節(jié)約水資源，也能保護(hù)水源，減少水污染，緩解當(dāng)前地下水資源短缺與用水量大的矛盾。污水再生處理后轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢岳玫乃Y源，這對(duì)緩解水資源緊缺現(xiàn)狀、保護(hù)環(huán)境以及促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展均具有深遠(yuǎn)影響。

1.2 污水再生處理的技術(shù)

污水再生回用的實(shí)現(xiàn)需要多種技術(shù)的配合，有一級(jí)處理、二級(jí)處理以及深度處理。從作用機(jī)理上劃分，可將污水處理技術(shù)劃分為化學(xué)法、物理法、物理化學(xué)法以及生物化學(xué)法等。污水處理需要合理組合數(shù)種污水處理技術(shù)，當(dāng)前常用的包括混凝沉淀、過濾、消毒、活性炭吸附、厭氧及好氧生物處理等。以往污水回用處理的目的在于達(dá)標(biāo)排放，因此主要是根據(jù)污染物處理符合標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行工藝流程的設(shè)計(jì)，當(dāng)前污水回用處理的目的在于綜合利用水，這就要求集成、綜合現(xiàn)有技術(shù)從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)[2]。

2 反滲透膜技術(shù)

電子、制藥以及飲料等行業(yè)對(duì)回用污水中的含鹽量要求比較嚴(yán)格，因此要進(jìn)行深度處理。全離子交換法是水處理中比較常用的除鹽方法，這一方法的工藝技術(shù)以及設(shè)備都已經(jīng)成熟，但是當(dāng)污水中含有大量鹽時(shí)，此時(shí)如果仍然采用離子交換法，受到污水含鹽量高、再生頻繁、運(yùn)行周期短、酸堿消耗量大等因素的影響，運(yùn)行費(fèi)用將會(huì)明顯增加。

反滲透的過程可以簡單描述為：只允許溶劑（水）通過，不允許溶質(zhì)通過的半透膜，實(shí)現(xiàn)咸水與純水的分隔，純水一側(cè)的水分子通過膜透過咸水一側(cè)，從而增高咸水一側(cè)的液位直至到達(dá)一定高度，這一過程被稱為滲透過程。當(dāng)滲透實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，半透膜的兩側(cè)存在壓力差或者水位差，這是一定溫度下的溶液滲透差。對(duì)咸水一側(cè)施加壓力，當(dāng)超過溶液的上滲透壓時(shí)，此時(shí)水分子從咸水中透過半透膜，這一過程被稱為反滲透過程[3]。

3 反滲透膜處理系統(tǒng)的組成及應(yīng)用

某熱電廠為了解決發(fā)電成本增加及用水壓力增加的問題，決定建設(shè)中水回收項(xiàng)目。主要內(nèi)容是建立規(guī)模為9600 t/d的污水回用裝置，將附近污水處理廠的達(dá)標(biāo)排放污水經(jīng)預(yù)處理后排放至反滲透系統(tǒng)，產(chǎn)水一部分用于循環(huán)冷卻，一部分用于鍋爐補(bǔ)給。

3.1 工藝流程

該項(xiàng)目的工藝流程如圖1 所示，反滲透單元的預(yù)處理系統(tǒng)包括生化單元以及兩級(jí)過濾單元。

圖1 工藝流程圖示

3.2 預(yù)處理系統(tǒng)的作用及組成

3.2.1 預(yù)處理系統(tǒng)的作用

預(yù)處理系統(tǒng)的作用在于將氨氮、油、COD、懸浮物等雜質(zhì)去除，通過過濾、混凝等處理即可滿足這一要求。反滲透系統(tǒng)對(duì)水質(zhì)要求較高，因此要合理進(jìn)行預(yù)處理，以便于反滲透裝置得以長期穩(wěn)定、安全地運(yùn)行。預(yù)處理的作用包括預(yù)防膜表面結(jié)垢、預(yù)防膜表面污染、預(yù)防膜免受化學(xué)損傷及機(jī)械損傷。部分預(yù)處理水會(huì)應(yīng)用于循環(huán)冷卻水，因此要注意預(yù)防循環(huán)冷卻水出現(xiàn)結(jié)垢、腐蝕、污堵以及生物繁殖等。

3.2.2 預(yù)處理系統(tǒng)的組成

3.2.2.1 生化單元

由于該污水處理廠的二級(jí)污水中較少含有可降解的有機(jī)物，考慮到接觸氧化法處理污染程度不嚴(yán)重的污水中的氨氮、濁度、錳、鐵等效果均比較良好，因此采用了接觸氧化工藝，建設(shè)氧化塔。氧化塔的數(shù)量共計(jì)4 座，停留3 h，氣水比為10∶1，曝氣量為15 m3/h。塔高14 m，這主要是為了節(jié)省占地面積，同時(shí)利用深井曝氣的原理將氧氣的停留時(shí)間延長，進(jìn)而充分氧氣。塔內(nèi)填充的立體填料可吸附水中的小氣泡，其中彈性絲具有連續(xù)切割氣泡的作用，進(jìn)而加快氧氣轉(zhuǎn)移，提高充氧效率。組合填料不容易堵塞、糾纏。兩種填料按照1∶1 的配比填充，同時(shí)具有耐沖擊、容易掛膜、產(chǎn)泥量小、充氧效率高的特點(diǎn)。斜板沉淀池共計(jì)2 座，為并聯(lián)運(yùn)行，單池的有效容積420 m3，停留時(shí)間3 h，絮凝劑為聚合氧化鋁，投藥量15.6 mg/L。

3.2.2.2 兩級(jí)過濾單元

纖維束過濾器與石英砂濾池組成兩級(jí)過濾單元。纖維束過濾器數(shù)量共5個(gè)，為并聯(lián)運(yùn)行，運(yùn)行壓力為0.34 MPa，過濾速度為28～36 m/h，反洗周期為24 h，反洗方式為氣水聯(lián)合，單位體積濾料的截污量為5～10 kg/m3。石英砂濾池過濾器數(shù)量共6個(gè)，為并聯(lián)運(yùn)行，過濾速度為5 m/h，反洗周期為72 h，反洗方式為氣水聯(lián)合，單位體積濾料的截污量為2～4kg/m3。

沉淀池出水提升后與加入的NaClO 均勻混合，進(jìn)入纖維束過濾器過濾以去除有機(jī)物及懸浮物。纖維過濾器出水后，經(jīng)石英砂濾池作進(jìn)一步處理，進(jìn)而確保預(yù)處理效果。

3.2.3 反滲透單元

由于使用了NaClO 作為消毒劑來消殺進(jìn)水，這造成預(yù)處理系統(tǒng)出水有一定殘余氯，但是反滲透單元的濾膜對(duì)余氯量要求嚴(yán)格，因此水經(jīng)過保安過濾器之前還要加入NaHSO3作為還原劑來將殘余氯去除，之后水才能經(jīng)保安過濾器及高壓泵進(jìn)入反滲透膜。

反滲透單元由反滲透組件、高壓泵、保安過濾器以及膜沖洗系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)以及藥劑投加系統(tǒng)組成。反滲透膜組件為聚酰胺復(fù)合膜，其并不提高膜通量，而是增加有效膜面積，從而增加產(chǎn)水量，具有污堵慢的特點(diǎn)，能確保膜元件穩(wěn)定、長期地高產(chǎn)水量運(yùn)行。

3.3 運(yùn)行效果

反滲透的工藝特點(diǎn)要求進(jìn)水質(zhì)量必須較高且穩(wěn)定。系統(tǒng)運(yùn)行1年時(shí)間內(nèi)，反滲透膜預(yù)處理的穩(wěn)定性及運(yùn)行效果測(cè)試顯示，殘余氯含量接近0，濁度小于0.1 NTU，SDI 在3.2～4.0 之間，整體上可滿足要求。

投產(chǎn)運(yùn)行1年后發(fā)現(xiàn)反滲透膜的產(chǎn)水電導(dǎo)增加，運(yùn)行壓差增加，因此及時(shí)進(jìn)行首次膜清洗，經(jīng)清洗后運(yùn)行恢復(fù)。監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，RO 系統(tǒng)摻水的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足回用水水質(zhì)要求。

3.4 運(yùn)行效益分析

投資共計(jì)2850 萬元，設(shè)計(jì)日處理水量為14400 t，每日產(chǎn)水量為9600 t。污水處理廠出售中水為0.48 元/t。據(jù)此計(jì)算，每年增加收入在230 萬元左右。該項(xiàng)目每年回用城市污水處理廠的二級(jí)出水約475 萬t，明顯提高了城市的污水回用率。除此之外，每年減少約163 t 總氮排放量，氨氮約占130 t，減少約307 tCOD 的排放，其具有顯著的環(huán)境效益。

該中水回用裝置的處理成本為2550 元/t，以每年累積運(yùn)行時(shí)間330 t 計(jì)，每年的污水處理費(fèi)用約為845 萬元。按照當(dāng)?shù)毓I(yè)用自來水的價(jià)格4.1 元/t 計(jì)算，每年節(jié)約自來水費(fèi)用在1300 萬元左右。同時(shí)，自來水被反滲透產(chǎn)水代替后，鍋爐補(bǔ)給水處理每年節(jié)約成本約為245 萬元。理論上每年可減少支出700 萬元，運(yùn)行4年即可收回成本。污水處理廠達(dá)標(biāo)出水具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，可以出售給其他用戶，這能為降低用水成本、增加收入提供助力。

4 結(jié)束語

當(dāng)前的水處理正向著采用膜技術(shù)來完全解決分離與過濾問題的方向發(fā)展。反滲透膜工藝處理城市污水的效果顯著，具有工藝簡單、投資少、污染少、效率高、能耗低的優(yōu)勢(shì)，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，維護(hù)難度也比較小?？梢灶A(yù)見，城市污水處理中，反滲透膜技術(shù)將發(fā)揮越來越重要的作用。