膜技術(shù)在污水深度處理回用中的應(yīng)用研究

宮成清 羅丹 李新鑫

（1. 沈陽(yáng)茲園環(huán)?？萍加邢薰?，遼寧沈陽(yáng) 110167；2. 遼寧大學(xué)，遼寧沈陽(yáng) 110066）

1 引言

目前污水深度處理回用是解決水資源短缺的一種有效方式，在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)得到普遍的重視并大力推廣。膜技術(shù)在污水處理回用工藝中起著很重要的作用，污水通過膜分離技術(shù)進(jìn)行回用，在充分利用水資源的同時(shí)還能夠產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益，減少污染物外排，降低環(huán)境污染，保護(hù)環(huán)境。

2 污水回用標(biāo)準(zhǔn)及其途徑

2.1 污水回用標(biāo)準(zhǔn)

污水在進(jìn)行深度處理后能夠?qū)崿F(xiàn)二次使用，而且各種回用水都有其各自的處理規(guī)定?，F(xiàn)階段，再生水主要用于市政雜用水、娛樂景觀用水等，具體的回用標(biāo)準(zhǔn)為：

地下水：色度≤15；濁度≤5 NTU；溶解氧＞1 mg/L；BOD5≤4 mg/L；CODCr≤15 mg/L；氨氮≤0.2 mg/L；溶解性固體≤1 000 mg/L。

工業(yè)用水：色度≤30；濁度≤5NTU；BOD5≤10 mg/L；CODCr≤60 mg/L；總磷≤1.0 mg/L；氨氮≤10 mg/L；溶解性固體≤1 000 mg/L。

農(nóng)、林、牧業(yè)用水：色度≤30；濁度≤10 NTU；BOD5≤10 mg/L；CODCr≤60 mg/L；氨氮≤10 mg/L；溶解性固體≤1 000 mg/L。

市政雜用水：色度≤30；濁度≤5 NTU，分類考量；溶解氧≥1 mg/L；BOD5≤10 mg/L；氨氮≤10 mg/L；溶解性固體≤1 000 mg/L。

景觀類用水：色度≤30；濁度≤5 NTU；溶解氧≥1.5 mg/L；BOD5≤4 mg/L；CODCr≤30 mg/L；氨氮≤10 mg/L；溶解性固體≤1 000 mg/L。

地表Ⅳ類水：色度≤30；濁度≤5 NTU；溶解氧≥1.5 mg/L；BOD5≤6 mg/L；CODCr≤30 mg/L；氨氮≤5 mg/L。

由于回用范圍逐步擴(kuò)大，目前對(duì)有機(jī)物類、微生物等方面的控制指標(biāo)提出了全新的規(guī)定。

2.2 污水回用途徑

回用水根據(jù)水的用途來確定處理工藝，根據(jù)要求不同采用如下幾種工藝：

中水回用：二級(jí)污水廠出水-混凝沉淀-砂濾。

針對(duì)水中難降解有機(jī)物：二級(jí)污水廠出水-混凝沉淀-砂濾-活性炭過濾。

深度回用：二級(jí)污水廠出水-混凝沉淀-砂濾-預(yù)處理-納濾（反滲透）。

3 污水再生處理技術(shù)和回用方式

3.1 污水再生處理技術(shù)

污水完成二級(jí)生化處理后所開展的再生處理，要根據(jù)水質(zhì)和回收用途來決定采用哪種處理形式，而每種回收用途均具有處理工藝上的局限。如在工業(yè)領(lǐng)域，再生水能夠用在鍋爐冷卻工作中，但其污水進(jìn)行回收時(shí)很有可能出現(xiàn)腐蝕、污垢等問題；在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中，通過再生水進(jìn)行灌溉，會(huì)被各種因素所制約，具體表現(xiàn)在回用水中所含有的細(xì)菌會(huì)附著于農(nóng)作物上，特別是一些重金屬物質(zhì)會(huì)對(duì)農(nóng)作物造成很大的破壞［1］。總之，進(jìn)行再生水處理要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，如果操作出現(xiàn)失誤，原水體質(zhì)量便會(huì)降低，同時(shí)水體里面含有的毒性有機(jī)物會(huì)危害到人們的身體健康。目前所采用的深度處理工藝并不能徹底打破這些限制，所以有必要對(duì)工業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，或者采用膜法，不但能夠達(dá)到良好效果，并且還可以突破回用的局限性［2］。

二級(jí)生化處理的常規(guī)處理工藝流程為：預(yù)處理-好氧活性污泥法-二沉池-出水；強(qiáng)化脫氮除磷處理工藝為：預(yù)處理-好氧-缺氧/厭氧組合活性污泥法-二沉池-出水。而傳統(tǒng)深度處理工藝流程為：二級(jí)出水-混凝沉淀/砂濾/生物活性炭-消毒-出水；耦合膜法深度處理工藝流程為：二級(jí)出水-混凝沉淀/砂濾/微濾-超濾/納濾-消毒-出水。

3.2 污水處理回用方式

二級(jí)生化處理的出水水質(zhì)：COD≤60 mg/L；BOD ≤20 mg/L；氨氮≤15 mg/L；糞大腸菌群數(shù)≤1×104個(gè)/L。污水回用方式為綠化、消防、景觀以及農(nóng)牧業(yè)等用水。

強(qiáng)化脫氮除磷的出水水質(zhì)：COD≤50 mg/L；BOD≤10 mg/L；氨氮≤5 mg/L；總氮≤15 mg/L；糞大腸菌群數(shù)≤1×103個(gè)/L。污水回用方式為綠化、消防、景觀、農(nóng)牧業(yè)等用水。

傳統(tǒng)深度處理出水水質(zhì)為：COD≤30 mg/L；濁度≤5 NTU。污水回用方式為綠化、景觀、清掃、建筑施工、沖廁、消防等用水。

耦合膜法深度處理出水水質(zhì)為：BOD≤5 mg/L；氨氮≤1 mg/L。污水回用方式為地下水回灌、除飲用水外的直接接觸用水，接近地表Ⅳ類水。

4 傳統(tǒng)深度處理工藝與膜處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和不足

以污水處理二級(jí)出水情況為標(biāo)準(zhǔn)，盡管出水水質(zhì)達(dá)到了規(guī)定要求，但因通常采用活性污泥法進(jìn)行處理，易形成難以清除的有機(jī)物，脫氯除磷的效果不是很理想，且在具體的操作上也不是很完善。污水再生回用處理首先要在進(jìn)行二級(jí)處理期間，對(duì)于一些不容易降解的污染物質(zhì)以及難以通過細(xì)菌學(xué)標(biāo)準(zhǔn)徹底清除的物質(zhì)，采用合適的深度處理形式，以滿足相關(guān)領(lǐng)域?qū)τ谒|(zhì)量的規(guī)定。

現(xiàn)階段主要的污水深度處理組合工藝為二級(jí)出水+膜法深度處理。二級(jí)出水對(duì)有機(jī)物進(jìn)行處理時(shí)，普遍會(huì)使用生物活性炭吸附的方式，無需投入較多的成本，其不足在于吸附后很有可能產(chǎn)生飽和，之后再經(jīng)過反復(fù)的吸收-脫附，會(huì)大幅度降低活性炭的使用時(shí)間，提升更換率，在此過程中會(huì)投入大量的經(jīng)費(fèi)，所以并沒有普遍應(yīng)用于污水回用工作中?；炷恋矸〞?huì)對(duì)二級(jí)出水里所有的有機(jī)物、總磷等進(jìn)行全面清除，無需投入較多的經(jīng)費(fèi)，缺點(diǎn)在于難以清理掉氨氮，且放入混凝劑后會(huì)導(dǎo)致泥量增多，加大污泥處理量。臭氧氧化反應(yīng)非常迅速，具有極好的氧化處理能力，但在完成臭氧處理后，水質(zhì)不具備理想的生物性，無法儲(chǔ)存臭氧，甚至還要清理尾氣，從而需要投入相當(dāng)多的經(jīng)費(fèi)［3］。膜分離技術(shù)在對(duì)各種用途的水進(jìn)行處理后，出水水質(zhì)極佳，可全面清理病菌，并且該工藝占地面積小，管理比較方便，更為重要的是能夠進(jìn)行自動(dòng)化管控。此外，在完成處理后，能夠擴(kuò)大水的用途范圍。但在進(jìn)行膜分離時(shí)，膜污染現(xiàn)象十分嚴(yán)重，不僅會(huì)造成能源大量的消耗，還需要投入大量的經(jīng)費(fèi)用于基建［4］。由于近幾年加大了對(duì)膜污染的研究力度，使得成本投入量逐漸減少，這是以往所采用的深度處理工藝所無法比擬的，因此，膜分離技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景。

5 膜分離技術(shù)的使用現(xiàn)狀

5.1 微濾技術(shù)

在粗過濾、清理顆粒性物質(zhì)時(shí)一般會(huì)采用微濾技術(shù)，此項(xiàng)技術(shù)能夠攔截少量的細(xì)菌。

污水回收使用微濾技術(shù)，主要是通過浸入式連續(xù)微濾膜裝置對(duì)污水采取深度處理和回用［5］，出水水質(zhì)中對(duì)SS 平均清除率最優(yōu)，出水始終低于0.7 mg/L，清理有機(jī)物的效果并不是很理想，特別是對(duì)氨氮的清理幾乎沒有效果，完成出水消毒后，只可以用于綠化。

5.2 超濾技術(shù)

超濾技術(shù)的主要作用在于能夠攔截溶液里具有溶解性的大分子溶質(zhì)，充分利用小分子溶質(zhì)，將一些溶解性有機(jī)物進(jìn)行攔截。在進(jìn)行污水深度處理期間采用UF 膜技術(shù)，能夠清理掉二級(jí)出水里的細(xì)菌，減少出水濁度，同時(shí)能夠攔截有機(jī)物，保證得到理想的出水水質(zhì)。

我國(guó)現(xiàn)已對(duì)超濾技術(shù)進(jìn)行了升級(jí)改造，目前主要是以“超濾+臭氧氧化”的方式進(jìn)行二級(jí)出水處理，然后用作公園水景的補(bǔ)給水源。因?yàn)槎?jí)出水的構(gòu)成比較復(fù)雜，所以即便在對(duì)二級(jí)出水處理時(shí)采用超濾技術(shù)，還是會(huì)在某些方面不符合規(guī)定要求，為此可以采用微濾當(dāng)作預(yù)處理單元，就能夠保證回用系統(tǒng)非常平穩(wěn)安全地運(yùn)行。一些國(guó)家已開始通過膜法深度處理技術(shù)對(duì)二級(jí)出水實(shí)施處理，主要是為了能夠獲得質(zhì)量有保證的水源，以此改善水資源匱乏的窘境，而具體的工藝是以“UF+RO”技術(shù)為主。

5.3 納濾技術(shù)

在處理飲用水、工業(yè)廢水時(shí)，主要是采用納濾技術(shù)。因?yàn)榧{濾膜的孔徑在超濾與反滲透之間，操作起來要比反滲透更加容易，同時(shí)納濾在攔截能力上要強(qiáng)于超濾技術(shù)，所以其前景被看好，近些年來納濾膜在二級(jí)污水深度處理上獲得了普遍的使用。但若膜孔徑大，污染物能夠輕松被膜孔所吸收，膜孔就會(huì)被堵住，進(jìn)而導(dǎo)致膜受到破壞。

在使用納濾技術(shù)過程中，為確保納濾單元安全平穩(wěn)地運(yùn)行，一般情況下會(huì)對(duì)前端進(jìn)行預(yù)處理，目的是避免膜受到破壞?；炷恋怼⒒钚蕴课降仁且酝捎玫念A(yù)處理形式，近些年由于大孔徑膜技術(shù)越來越完善，微濾和預(yù)處理單元以及納濾共同構(gòu)建成雙膜法處理技術(shù)［6］。

在納濾技術(shù)的使用方面，我國(guó)部分石油企業(yè)的污水處理廠以A/O 工藝為基礎(chǔ)，加設(shè)了集“混凝氣浮”“BAC”“納濾”為一體的深度處理，能夠全面處理掉鹽，可用作綠化、冷卻水循環(huán)等方面［7］。

5.4 反滲透技術(shù)

在海水、苦咸水淡化處理中，普遍會(huì)使用反滲透技術(shù)。由于污水回用技術(shù)的進(jìn)步明顯，使得目前的反滲透技術(shù)能夠清理掉回用水里的鹽，使水質(zhì)達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。

反滲透技術(shù)是滲透的一種反向遷移運(yùn)動(dòng)，主要是利用半透膜的選擇作用，把溶液里的溶質(zhì)和溶劑隔開，孔徑要在5～10 ? 的范圍內(nèi)，當(dāng)前已被普遍使用到對(duì)液體的提純當(dāng)中。而在污水處理回用方面，通過反滲透技術(shù)能夠把水中的有機(jī)物、細(xì)菌等全面處理掉，進(jìn)而提升水的質(zhì)量。

在進(jìn)行再生水回用中，主要采用的是反滲透+微濾/超濾的雙膜法，取代以往的預(yù)處理形式，從而使工藝更為簡(jiǎn)便，并且能全面清除水里的污染物。利用反滲透技術(shù)對(duì)出水進(jìn)行處理回用，主要是為了讓再生水的質(zhì)量達(dá)到生活、生產(chǎn)用水的標(biāo)準(zhǔn)。目前國(guó)內(nèi)的一些回用水項(xiàng)目中水處理量已經(jīng)達(dá)到了40 萬t/d，并以超濾-反滲透-UV 系統(tǒng)工藝為主。因此，反滲透技術(shù)用于污水回用中，能夠大幅度提升再生水質(zhì)量，其已經(jīng)逐步在污水回用項(xiàng)目中得到更多的推廣使用，具有非常好的前景。

6 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)膜分離技術(shù)和傳統(tǒng)的深度處理工藝的比較發(fā)現(xiàn)，膜分離技術(shù)保證了回用水水質(zhì)要求，不但能夠降低對(duì)環(huán)境的破壞程度，還能夠滿足對(duì)用水要求越來越高的行業(yè)的需求，進(jìn)而達(dá)到節(jié)省和保護(hù)水資源的目的。污水再生回用能夠產(chǎn)生良好的社會(huì)、環(huán)境收益，但膜分離技術(shù)在使用期間，要根據(jù)原水水質(zhì)、回用要求以及投入經(jīng)費(fèi)等方面情況，采用適合的膜類型。