污水再生回用深度處理工藝的比較和選擇分析

摘 要：隨著水資源的短缺，污水的深度處理和回用越來越受到人們的重視，國內(nèi)外都有實際案例。本文通過對國內(nèi)外深度處理技術(shù)的分析和實際案例的介紹，闡述了中水處理技術(shù)及其應(yīng)用，并對其應(yīng)用中存在的問題進行了分析。

關(guān)鍵詞：再生水；回用；深度處理；膜分離技術(shù)

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）17-0347-02

1 前 言

人類文明的發(fā)展受到水資源的影響。水資源短缺已越來越嚴重地影響人類生產(chǎn)和生活。目前，各行各業(yè)都面臨著不同程度的缺水問題。水是許多工業(yè)領(lǐng)域中熱系統(tǒng)的工作介質(zhì)和某些設(shè)備的冷卻介質(zhì)。沒有凈化的水有很多雜質(zhì)。如果進入水蒸氣循環(huán)系統(tǒng)，會造成各種危害。例如：熱力設(shè)備結(jié)垢和腐蝕、換熱器和汽輪機積鹽。因此，許多工業(yè)用水具有嚴格的質(zhì)量標準。過去，工業(yè)用水的主要來源是地表水或地下水，但近年來，越來越多的工業(yè)不得不選擇工業(yè)廢水和城市污水作為替代水源，以獲得必要和合格的水。此時，傳統(tǒng)的水處理工藝不能保證水的質(zhì)量。越來越多的新技術(shù)和新技術(shù)，如膜分離和殺菌技術(shù)，已經(jīng)集成到水處理系統(tǒng)中，廢水深度處理和回用已成為人們關(guān)注的焦點，見圖1。

針對不同的污水來源，采用不同深度處理工藝，有效地去除廢水中的污染物，滿足污水回用的要求，得到了廣泛的探索，并在實際工程中得到越來越多的應(yīng)用。在廢水處理中，廢水通過絮凝、沉淀、軟化、生化或介質(zhì)過濾等傳統(tǒng)工藝處理，然后通過微濾、超濾、反滲透、消毒等處理，使廢水可用于大多數(shù)工業(yè)廢水。的應(yīng)用，甚至在某些情況下，它可以直接用作飲用水。

2 深度處理主要單元工藝

2.1 微濾和超濾

微濾和超濾是一種在介質(zhì)過濾、納濾和反滲透之間的膜過程，用于分離溶液中的懸浮顆粒、顆粒、大分子和膠體。在正常情況下，分離原理可以通過篩分機制來解釋。微濾不同于超濾，微濾過程是一個完全過濾過程，可以過濾掉所有不溶于水的雜質(zhì)，而超濾過程可以去除比微濾小的物質(zhì)，例如可以過濾的物質(zhì)。不能被溶解在水中的大分子和熱原膜去除。微濾膜通常采用膜分離孔徑來表征污染物截留的性能，而超濾膜采用截留分子量（MWCO）來表征分離性能。這是因為在最致密的超濾膜分離皮層中，使用目前的工具仍然看不到孔，因此使用MWCO來評價超濾膜是最合理的。在理論上，0.1μm通常被定義為微濾膜與超濾膜之間的邊界。在分離圖上存在微濾和超濾的重疊區(qū)域。微濾和超濾膜在水處理過程中的分離性能基本接近，處于分離圖的重疊區(qū)域。因此，微濾膜和超濾膜可以作為水處理的一種方法來討論。

在深度處理過程中，利用微濾和超濾可以有效去除水中不溶性雜質(zhì)，如懸浮物、顆粒物、膠體等。微濾與超濾膜技術(shù)和傳統(tǒng)的區(qū)別是什么？過濾介質(zhì)，如介質(zhì)過濾？在實際應(yīng)用中，微濾和超濾的最大優(yōu)點是水質(zhì)穩(wěn)定，無論水質(zhì)如何處理，只要膜本身不受機械損傷，水質(zhì)就可以穩(wěn)定。在傳統(tǒng)的過濾過程中，當水質(zhì)波動時，過濾速度等設(shè)計參數(shù)不易調(diào)節(jié)，從而導(dǎo)致水質(zhì)的變化。此外，微濾和超濾膜的濁度和SDI兩個指標均優(yōu)于介質(zhì)過濾。因此，作為保護后續(xù)先進處理工藝的安全屏障，微濾和超濾工藝具有明顯的優(yōu)勢。

2.2 反滲透

反滲透作為一種有效的脫鹽濃縮分離工藝，在超純水制備和海水淡化中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著水資源的短缺，反滲透在污水深度處理中的應(yīng)用越來越近10年。反滲透也是膜分離技術(shù)的一個過程，同樣是使用聚合物作為分離層。目前，對其分離機理的研究仍在繼續(xù)。反滲透膜分離的特性通常基于脫鹽率和出水量兩個參數(shù)。這兩個參數(shù)成反比，即具有高脫鹽率的膜，其產(chǎn)水量相對較小。如果需要增加水的產(chǎn)量，必須通過提高運行壓力來解決。因此，反滲透膜按不同的壓力范圍分為幾種類型：高壓膜（海水淡化膜）、低壓膜和超低壓膜。在先進的污水處理和回用工藝中，最常用的反滲透膜是低壓反滲透膜。隨著人們對能源消耗的重視和節(jié)能的考慮，反滲透膜生產(chǎn)廠家已經(jīng)開始生產(chǎn)超低壓防污膜。目前，反滲透應(yīng)用的重要制約因素集中在其產(chǎn)生的濃鹽水。由于反滲透可以截留溶解在水中的無機鹽，它會導(dǎo)致無機鹽的濃度。當一些不溶性鹽達到或超過其飽和溶解度時，會造成污染，這將對膜元件造成損害。因此，在設(shè)計和運行中，必須考慮這些難熔鹽的可能影響，并建立適當?shù)幕厥章剩狗礉B透系統(tǒng)從集中鹽水中排出而不結(jié)垢。這些濃鹽水的排放已成為困擾反滲透應(yīng)用的一個問題。在許多具有嚴格排放要求的地區(qū)，經(jīng)常需要進一步處理以減少濃縮鹽水的體積，并最終將其變成固體處理。但這也帶來了加工成本的增加。

2.3 殺 菌

有很多方法可以殺死細菌和微生物。臭氧、氯、次氯酸鈉、二氧化氯和紫外線的使用頻率更高。目前，紫外線消毒系統(tǒng)在大多數(shù)再生水處理廠中得到了廣泛的應(yīng)用。與其他需要殺菌和制備的殺菌方法不同，UV系統(tǒng)可以通過直接光解來減少NDMA（N-亞硝基二甲胺）以達到殺菌目的。相比之下，紫外線滅菌具有以下優(yōu)點：效率高。細菌和病毒的紫外線消毒通常在1～2s內(nèi)達到殺菌率的99～99.9%。紫外線殺菌的廣譜性最高。它可以殺死幾乎所有的細菌和病毒。沒有兩種污染。紫外線殺菌不添加任何化學試劑，因此不會對水和周圍環(huán)境產(chǎn)生兩種污染，不改變水中的任何成分，安全可靠。傳統(tǒng)的消毒技術(shù)，如氯化物或臭氧，本身就是一種高毒性和易燃物質(zhì)。

3 再生水廠案例分析

在國際上，美國和新加坡是最早進行廢水深度處理和回用的國家。美國長期以來一直在研究污水處理廠的排水處理，然后重新注入地下水系統(tǒng)或?qū)⑵浠厥盏剿畮旌秃粗小Ｗ鳛閲乐厝彼膰抑唬录悠律踔林苯訉⑽鬯幚韽S排放到瓶裝水中飲用。本文主要介紹了OWD在加利福尼亞的經(jīng)驗。

（1）微濾系統(tǒng)

示范工程包括水生產(chǎn)25000m3/d的微濾膜系統(tǒng)，該系統(tǒng)由兩個單元組成，每個單元包含19個膜塊，每個膜塊具有36個膜組件。每個膜組件有14500個聚丙烯中空纖維膜。中空纖維膜的內(nèi)徑和外徑分別為0.30mm和0.65mm，細絲直徑為0.2m。在22min的間隔內(nèi)，系統(tǒng)自動進行反沖洗和空氣洗滌，以去除膜表面積聚的污染物；反沖洗過程持續(xù)3min。每21d化學清洗一次。在化學清洗過程中，將膜浸入清洗溶液中約3h。在操作過程中，連續(xù)加入3～5mg/L的NaCl，防止膜污染。此外，在微濾系統(tǒng)之前有一個安全過濾器，以防止顆粒物超過2mm進入微濾系統(tǒng)。

（2）反滲透系統(tǒng)

示范工程包括超低壓復(fù)合反滲透膜元件，各膜的有效膜面積為400ft2。設(shè)計的水通量為12GFD（20.4L/m2h），回收率約為85%。反滲透系統(tǒng)由6套并聯(lián)操作反滲透膜反應(yīng)器組成，其中4個為2，預(yù)計每年清洗兩次。

（3）紫外線消毒系統(tǒng)

紫外系統(tǒng)可通過直接光解降低NDMA（N-亞硝基二甲胺），達到消毒的目的。示范項目的目的是處理一個33100m3/d紫外線消毒系統(tǒng)，包括兩個房間，每個房間有兩個紫外線發(fā)生器，每個發(fā)生器有72個紫外線燈。由于設(shè)計的量超過實際的處理量，UV強度將根據(jù)水流量、溫度和發(fā)射率（254nm計算）來調(diào)節(jié)。在UV體系的入口加入約3mg/L的H2O2，經(jīng)UV光解形成羥基殘基，然后與低分子量有機物，如1，4-二氧烷反應(yīng)，除去這些污染物。

4 結(jié)束語

采用深度處理技術(shù)，特別是微濾、超濾和反滲透技術(shù)，膜分離技術(shù)和紫外線消毒技術(shù)能有效去除廢水中的各種污染物，使處理后的廢水接近PU標準。重水。在新加坡，處理后的廢水已重新注入城市水源，經(jīng)過一段時間的天然水凈化后，用作市政自來水的水源。反滲透水的一部分甚至是直接飲用的瓶裝水。

參考文獻

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收稿日期：2018-5-10

作者簡介：劉 丹（1981-），工程師，本科，主要從事給排水設(shè)計工作。