咸陽路再生水廠膜處理工藝的選擇

武照遠(yuǎn)

（天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院 ，天津市 300051）

0 前言

天津市是一個(gè)人口高度密集，經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的港口城市，同時(shí)也是一個(gè)淡水資源嚴(yán)重缺乏的城市。為了保證天津市的可持續(xù)發(fā)展，近年來對(duì)再生水的研究和利用做了大量的工作。

咸陽路再生水廠的規(guī)模為5×104m3/d，其服務(wù)范圍近期主要包括楊柳青熱電廠、華苑產(chǎn)業(yè)園區(qū)、第三高教區(qū)、瑞景新苑居住區(qū)等，遠(yuǎn)期增加中北鎮(zhèn)工業(yè)園區(qū)、候臺(tái)風(fēng)景區(qū)、城建學(xué)院及周邊等用戶。

1 進(jìn)出水水質(zhì)分析

1.1 進(jìn)水水質(zhì)

咸陽路再生水廠的進(jìn)水來自咸陽路污水處理廠二沉池第三系列的出水，其具體指標(biāo)見表1。

表1 咸陽路再生水廠進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)

再生水廠的出水水質(zhì)主要受回用方向的制約，咸陽路再生水廠提供的再生水主要用于城市雜用水（含城市綠化、道路清掃）、觀賞性景觀環(huán)境用水及循環(huán)冷卻系統(tǒng)補(bǔ)充水等。

上述三種用途對(duì)水質(zhì)要求的側(cè)重點(diǎn)不同，如回用于城市雜用水時(shí)對(duì)濁度、溶解性總固體、總余氯、總大腸菌群要求較高；回用于觀賞性景觀環(huán)境用水時(shí)對(duì)BOD5、溶解氧、總磷、氨氮、石油類物質(zhì)要求較高；回用于工業(yè)循環(huán)冷卻系統(tǒng)補(bǔ)充水時(shí)，對(duì)總硬度、溶解性總固體要求較高。

考慮上述各種回用方向所占的比例相差不大，同時(shí)考慮到管網(wǎng)實(shí)施的難度，因此，再生水廠的出水水質(zhì)應(yīng)該結(jié)合城市雜用水、觀賞性景觀環(huán)境用水、工業(yè)循環(huán)冷卻系統(tǒng)補(bǔ)充水三種水質(zhì)的要求統(tǒng)一考慮，最終確定咸陽路再生水廠采用統(tǒng)一指標(biāo)供水，見表2。

表2 咸陽路再生水廠工程出水水質(zhì)指標(biāo)

2 工藝方案論證

再生水處理流程力求運(yùn)行可靠，操作簡單，水質(zhì)合格穩(wěn)定，運(yùn)行費(fèi)用低。目前常用的深度處理技術(shù)有混凝－沉淀－過濾、活性炭吸附、膜技術(shù)等。傳統(tǒng)的處理流程主要有以下幾種：

（1）污水廠出水＋過濾＋消毒；

（2）污水廠出水＋微絮凝＋過濾＋消毒；

（3）污水廠出水＋絮凝＋沉淀＋過濾＋消毒；

（4）污水廠出水＋微濾＋消毒；

（5）污水廠出水＋絮凝＋沉淀＋過濾＋活性炭吸附＋消毒。

傳統(tǒng)處理工藝（混凝－沉淀－過濾）處理流程長，對(duì)重金屬含量較高的二級(jí)出水處理效果較好，但是對(duì)于溶解性有機(jī)污染物去除程度有限；活性炭具有很大的比表面積，可以有效地去除色度、臭味，去除大多數(shù)無機(jī)物、有機(jī)物和部分重金屬，在污水處理廠出水的深度處理工程中是比較有效的技術(shù)，但是活性炭處理的缺點(diǎn)是活性炭的再生過程比較復(fù)雜，費(fèi)用比較高。

深度處理工藝中，近年來發(fā)展較快的是膜工藝。膜處理技術(shù)包括微濾、超濾、反滲透和電滲析等，目前在水處理中應(yīng)用比較多的是微濾和超濾技術(shù)。超濾可以去除0.2～0.01μm范圍內(nèi)的微粒，微濾可以去除0.2～500μm范圍內(nèi)的微粒，由于膜技術(shù)能夠有效去除寄生蟲、細(xì)菌和部分病毒，大大提高了再生水回用的安全性，同時(shí)使加氯量減小，特別適于有可能與人體接觸的場合，如沖廁、澆灑綠地等。

再生水處理工藝一般是上述一種或者幾種處理技術(shù)的組合。

為了既保證再生水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，同時(shí)又不致使成本過高，本工程根據(jù)以下原則選擇處理工藝：

（1）在常年運(yùn)轉(zhuǎn)過程中要保證出水達(dá)到所要求的處理程度，處理效果穩(wěn)定。

（2）運(yùn)轉(zhuǎn)管理方便，運(yùn)轉(zhuǎn)方式靈活，并根據(jù)不同的進(jìn)水水質(zhì)和用水量的變化調(diào)整運(yùn)行方式和參數(shù)，最大限度地發(fā)揮處理裝置和構(gòu)筑物的處理能力。

（3）充分考慮污水處理工程與再生水工程的有機(jī)結(jié)合，以及實(shí)施的可能性、經(jīng)濟(jì)性，做到污水處理和再生水回用統(tǒng)籌安排。

（4）在保證出水水質(zhì)的條件下，常年運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用較低。

根據(jù)近年對(duì)天津市紀(jì)莊子污水處理廠、東郊污水處理廠二級(jí)出水的監(jiān)測情況來看，污水處理廠出水的總硬度，總堿度基本是達(dá)標(biāo)的，除冬季外總?cè)芙庑怨腆w也是可以達(dá)標(biāo)的，但是冬季由于城市飲用水源的變化，總?cè)芙庑怨腆w達(dá)到了1 500 mg/L，超過了本工程出水水質(zhì)的要求。

就本工程的進(jìn)水水質(zhì)而言：（TDS）處理是關(guān)鍵。TDS的水處理是比較復(fù)雜的，可以用化學(xué)法、離子交換法、反滲透（RO）法。化學(xué)除鹽采用石灰法，TDS可達(dá)標(biāo)，投資比較低，但每天需要大量的熟石灰膏，同時(shí)產(chǎn)生碳酸鈣泥渣，環(huán)境污染嚴(yán)重。離子交換法可使TDS達(dá)標(biāo)，投資較高，大量消耗酸堿，二次污染嚴(yán)重。反滲透（RO）法，需設(shè)微濾或超濾做為預(yù)處理工藝，一次性投資高。但是，反滲透（RO）法運(yùn)行穩(wěn)定，自動(dòng)化程度高，管理現(xiàn)代化，無二次污染，處理水質(zhì)好。水處理成本雖高于化學(xué)法和離子交換法，但從水資源利用的經(jīng)濟(jì)比較而言，仍屬技術(shù)可靠，經(jīng)濟(jì)合理。從環(huán)保角度衡量，反滲透（RO）法不增加污染物的排放。因此，本工程選擇反滲透作為脫鹽工藝。

反滲透是以外加壓力克服滲透壓的一種膜分離技術(shù)，整個(gè)分離過程不發(fā)生相變，從而節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、設(shè)備操作方便。近30年來，隨著膜材料組件、工藝技術(shù)長足的發(fā)展和工業(yè)化水平的提高，反滲透在水處理領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。反滲透工藝對(duì)于溶解有機(jī)物質(zhì)、溶解鹽類、金屬離子、微生物、膠體物質(zhì)、氨氮等均具有較高的去除能力。

RO脫鹽工藝要求有嚴(yán)格的預(yù)處理，保證其清洗周期不小于3個(gè)月。RO的預(yù)處理包括：去除SS懸浮顆粒，標(biāo)準(zhǔn)是污染指數(shù)SDI小于3；去除微生物，標(biāo)準(zhǔn)是大腸菌群為零，細(xì)菌總數(shù)不小于2個(gè)/mL；水質(zhì)穩(wěn)定處理，標(biāo)準(zhǔn)為Langelier飽和指數(shù)SI小于零，若投加阻垢劑允許SI≤0.8；消除游離氯并將氯胺降低到0.5 mg/L以下。

超濾（UF）或者微濾（MF）水處理系統(tǒng)是目前較為理想的預(yù)處理工藝，其出水的污染指數(shù)SDI小于3。

微濾和超濾工藝是在膜的一側(cè)施加一定的正壓或負(fù)壓，使水透過膜，而將大于膜孔徑的懸浮物、細(xì)菌、有機(jī)污染物等截留的處理工藝。

膜工作時(shí)，膜的外表面會(huì)逐漸堆積被攔截的雜質(zhì)顆粒，孔隙隨之被逐漸覆蓋，過水阻力逐漸增高。為了及時(shí)清除被攔截的雜質(zhì)，減小過水阻力，需要定時(shí)用凈化的空氣反沖。每次空氣反沖之后，膜的工作壓力不會(huì)完全恢復(fù)到原來的狀態(tài)，工作壓力會(huì)逐漸上升。這種壓力的上升是膜表面附著有機(jī)物和結(jié)垢造成的，當(dāng)壓力上升到一定數(shù)值時(shí)需要對(duì)膜的表面進(jìn)行化學(xué)清洗，以去除有機(jī)物和鐵、鈣結(jié)垢。

超濾的過濾孔徑更小，處理效果要優(yōu)于微濾。但是超濾的產(chǎn)水率要低于微濾，一次性投資也超過微濾。在能滿足水質(zhì)的條件下，選擇更為經(jīng)濟(jì)的微濾做為RO前處理工藝是最好的選擇。因此確定MF-RO工藝為咸陽路再生水廠的主導(dǎo)工藝。

為了降低微濾膜組件的污染負(fù)荷，提高膜的使用壽命，還可以在微濾膜的前面增加混凝、沉淀單元。

MF-RO工藝的主要特點(diǎn)是：

（1）出水水質(zhì)好，更容易被接受，易于推廣使用。

（2）雖然已經(jīng)經(jīng)過多年的研究開發(fā)，但是在水處理上，膜過濾工藝仍然是一種新工藝，設(shè)備精細(xì)，對(duì)操作人員要求較高。

（3）建設(shè)和投資運(yùn)行費(fèi)用較高，電耗較大。

（4）自動(dòng)化程度高，可以隨時(shí)根據(jù)出水水質(zhì)數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù)，從而使出水水質(zhì)與運(yùn)行成本達(dá)到綜合最優(yōu)。

（5）隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，膜產(chǎn)品的價(jià)格會(huì)越來越低，膜工藝的競爭優(yōu)勢越來越強(qiáng)。

3 結(jié)論

工藝的選擇是再生水項(xiàng)目的關(guān)鍵，必須通過全方位的比選方能確定。選擇適合工程特點(diǎn)、滿足工程要求的工藝，是最大限度的發(fā)揮再生水項(xiàng)目社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)。