黃河口地區(qū)城市污水的再生回用技術(shù)中試實(shí)驗(yàn)研究

顧學(xué)林 張曉敏

【摘 要】黃河口地區(qū)城市污水廠的一級(jí)A出水與城市再生利用的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)相比，水中氯化物、溶解性總固體（TDS）、硫酸鹽、總硬度四項(xiàng)指標(biāo)不滿足其回用水水質(zhì)要求，采用浸沒(méi)式超濾+反滲透組合進(jìn)行中試，超濾回收率90%以上，反滲透回收率50%，進(jìn)膜壓力1.3MPa時(shí)，運(yùn)行成本1.017元/m3，可使回用水指標(biāo)達(dá)到所有回用水的水質(zhì)要求。

【Abstract】 The level-A water of the city sewage plant in Yellow River Estuary area compared with the urban recycling water quality standard， four indicators of the level-A water， chloride， soluble， total solid （TDS）， sulfate， total hardness， do not meet the requirements of the urban recycling water quality standard. Using immersion ultrafiltration and antiosmosis composite to pilot， the recovery rate of the ultrafiltration is more than 90%， the recovery rate of antiosmosis is 50%， when the pressure of into-antiosmosis is 1.3 MPa， the running cost is 1.017 yuan per cubic meter， the index of recycle water can reach the urban recycling water quality standard.

【關(guān)鍵詞】黃河口地區(qū)；城市污水；再生水；超濾；反滲透

【Keywords】Yellow River Estuary area；urban wastewater；reuse water；ultrafiltration；antiosmosis

【中圖分類號(hào)】X703.1 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）04-0194-03

1 引言

黃河口地處黃河入海口的三角洲地區(qū)，地下水較淺，且地下水礦化度較高，一般在5～20g/L[1]，容易滲入渠道收集的城市污水中，使城市污水的氯離子含量在1000～5000mg/L之間。黃河口地區(qū)的污水處理工藝均為生化處理，難以去除水中氯離子，致使處理后水中氯離子含量偏高，限制了再生水的回用范圍。黃河口地區(qū)某城市污水處理廠的出水水質(zhì)：COD：26.59mg/L、NH3-N：1.09mg/L、BOD：6.4mg/L、TN：12.63mg/L、TP：0.3mg/L、SS：5.18mg/L、濁度：0.9、大腸菌：800個(gè)/L、氯離子：2212 mg/L、硫酸鹽：493mg/L、鐵：<0.12 mg/L、錳：<0.01 mg/L、陰離子表面活性劑：<0.05 mg/L、總?cè)芙庑怨腆w：1419 mg/L、石油類：0.01mg/L，對(duì)照《城市污水再生利用綠地灌溉水質(zhì)》（GB25499-2010）、《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB18920-2010）、《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》（GB18921-2002）、《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》（GBT 19923-2005），只有氯離子和總?cè)芙庑怨腆w超出了綠地灌溉水質(zhì)、城市雜用水水質(zhì)、工業(yè)用水水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)，限制了再生水的回用范圍。目前，黃河口地區(qū)城市污水廠的再生水只能直接回用于景觀用水，因此，需要對(duì)黃河口地區(qū)的城市污水廠的出水進(jìn)一步處理，降低水中的鹽類物質(zhì)含量，使黃河口地區(qū)的再生水發(fā)揮更大更廣泛的作用。

2 城市污水的再生工藝概況

在黃河口地區(qū)某污水廠開(kāi)展了再生回用工程試驗(yàn)項(xiàng)目，該地區(qū)城市污水廠處理工藝采用“曝氣沉砂池+AAO生物反應(yīng)池+二沉池+高密度沉淀池+V型濾池+紫外線消毒池”，出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，再生處理后全面達(dá)到城市污水再生利用的各項(xiàng)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

2.1 設(shè)計(jì)水質(zhì)

黃河口地區(qū)城市污水廠的一級(jí)A出水與《城市污水再生利用綠地灌溉水質(zhì)》（GB25499-2010）、《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB18920-2010）、《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》（GB18921-2002）、《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》（GBT 19923-2005）進(jìn)行對(duì)比，只有氯化物、溶解性總固體（TDS）、硫酸鹽、總硬度四項(xiàng)指標(biāo)不滿足其回用水水質(zhì)要求，如表1所示。

2.2 中試工藝設(shè)計(jì)

因?yàn)辄S河口地區(qū)城市污水的再生回用工程的控制指標(biāo)主要是一價(jià)、二價(jià)的鹽類物質(zhì)，所以，雙膜法為再生水回用工程的首選工藝，其工藝流程如圖1所示。

2.2.1 超濾系統(tǒng)

采用浸沒(méi)式超濾系統(tǒng)，包括保安過(guò)濾器、進(jìn)水泵、超濾膜池、清洗系統(tǒng)、產(chǎn)水泵及控制儀表六部分。

采用浸沒(méi)式中空纖維超濾膜，外壓式過(guò)濾，原水在膜絲內(nèi)流動(dòng)，濾后水經(jīng)膜絲過(guò)濾后流至膜外，在膜絲內(nèi)積存的污染物質(zhì)通過(guò)較高流量和較高壓力的水流帶走，為保證膜的過(guò)濾性能，過(guò)濾同時(shí)進(jìn)行空氣擦洗，且系統(tǒng)30分鐘進(jìn)行一次氣水聯(lián)洗，反洗液由內(nèi)向外反向清洗，45s氣水洗45s水洗。每天進(jìn)行一次化學(xué)清洗，化學(xué)清洗時(shí)投加31%的鹽酸或10%的次氯酸鈉。超濾系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水回到廠內(nèi)污水管網(wǎng)。

主要設(shè)備參數(shù)：設(shè)置一組超濾膜池，膜池容積為6m3，正常運(yùn)行液位為2.1m，處理規(guī)模6m3/h，設(shè)有6支超濾單元，膜組件參數(shù)：外形尺寸？覫160×1800mm，膜材料為聚偏氟乙烯（PVDF），膜絲內(nèi)徑/外徑為0.7mm/1.2mm，膜絲平均孔徑為0.03μm，設(shè)計(jì)通量為29L/m2·h，膜面積為35m2。一臺(tái)進(jìn)水泵9.6m3/h；一臺(tái)網(wǎng)格過(guò)濾器；一臺(tái)產(chǎn)水泵兼作反洗水泵9.6m3/h；一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)75m3/h；兩臺(tái)加藥泵50L/h，一臺(tái)投加阻垢劑，一臺(tái)根據(jù)進(jìn)水ORP投加還原劑。在線監(jiān)測(cè)儀表有超濾進(jìn)水濁度計(jì)、出水濁度計(jì)、進(jìn)水pH計(jì)、進(jìn)水流量計(jì)、產(chǎn)水流量計(jì)。2個(gè)直徑1m高1.1m的儲(chǔ)水箱，一臺(tái)150L/h回用供水泵。

2.2.2 反滲透系統(tǒng)

反滲透系統(tǒng)采用1級(jí)2段式工作模式，包括保安過(guò)濾器、高壓泵、反滲透膜組、清洗系統(tǒng)及控制儀表五部分。

采用陶氏BW30-400反滲透膜，根據(jù)跨膜壓差投加藥劑進(jìn)行化學(xué)清洗。反滲透系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水回廠內(nèi)污水管網(wǎng)。

主要設(shè)備參數(shù)：設(shè)置3支反滲透單元，膜組件參數(shù)：外形尺寸？覬201×1016mm，膜片采用聚酰胺復(fù)合膜，單支元件有效膜面積為37m2，產(chǎn)水量40m3/d，最高操作壓力為41bar，最高壓降1bar，最大進(jìn)水流量19m3/h，最大進(jìn)水SDI為5，PH范圍為2～11。一臺(tái)保安過(guò)濾器4m3/h、一臺(tái)增壓泵250L/min、一臺(tái)高壓進(jìn)水泵12m3/h、兩臺(tái)加藥泵7.6L/h。在線監(jiān)測(cè)儀表有進(jìn)水氧化還原電位（ORP）、進(jìn)水電導(dǎo)率、出水電導(dǎo)率、保安過(guò)濾器的壓力、高壓泵前壓力、高壓泵后壓力、RO產(chǎn)水壓力、濃水出水壓力、產(chǎn)水流量計(jì)和濃水流量計(jì)。2個(gè)直徑2米高2米的儲(chǔ)水箱，一臺(tái)3m3/h回用供水泵。

3 中試運(yùn)行結(jié)果

由于超濾對(duì)氯離子沒(méi)有去除效果，而反滲透對(duì)氯離子的去除率非常高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于回用標(biāo)準(zhǔn)，因此，為了減少運(yùn)行成本，將超濾和反滲透的出水進(jìn)行混合，使出水滿足回用要求。

3.1 超濾運(yùn)行結(jié)果

超濾單元按最佳工況參數(shù)設(shè)計(jì)運(yùn)行，工況參數(shù)如表2所示。

經(jīng)過(guò)超濾膜處理后的出水水質(zhì)如表3所示，出水氯離子和溶解性固體（TDS）基本沒(méi)有變化，大腸菌可以降低到3000個(gè)/L，SDI和PH都達(dá)到反滲透膜的進(jìn)水水質(zhì)要求。

3.2 反滲透運(yùn)行結(jié)果

反滲透單元的運(yùn)行工況如表4所示，產(chǎn)水電導(dǎo)率在100μS/cm以下，脫鹽率大于98%，回收率為50%。

經(jīng)過(guò)反滲透處理后的出水水質(zhì)如表5所示，出水氯離子小于130mg/L，出水溶解性固體（TDS）小于120 mg/L，大腸菌去除率100%，出水硫酸鹽小于15mg/L，遠(yuǎn)優(yōu)于表1中回用水水質(zhì)要求。

3.3 運(yùn)行成本

超濾工藝每天一次維護(hù)性化學(xué)清洗，間隔使用濃度10%的次氯酸鈉和濃度31%的鹽酸，次氯酸每天投量為0.52t，鹽酸每天投量為2.69kg。反滲透工藝投加阻垢劑和亞硫酸氫鈉還原劑，還原劑是使RO進(jìn)水ORP維護(hù)在0～200范圍內(nèi)，中試工藝的RO進(jìn)水ORP始終維持在29～165，沒(méi)有投加還原劑；阻垢劑平均每天投量為259g。藥劑價(jià)格：鹽酸4元/L，次氯酸鈉2.8元/L，復(fù)合阻垢劑24元/L，單方水藥費(fèi)0.391元。單方水電耗0.9334kWh，電價(jià)0.66元/ kWh，單方水電費(fèi)為0.616元，每天運(yùn)行費(fèi)88.85元。

4 中試再生水的回用

4.1 回用水質(zhì)與水量

按氯離子最不利情況考慮，將RO出水與超濾出水按20：1比例混合后，供廠內(nèi)自用水。RO產(chǎn)水量為2.7m3/h，按20：1的比例，與超濾出水0.12m3/h的量進(jìn)行混合，合計(jì)供水量為2.82m3/h。混合后的水質(zhì)情況如表6所示，也可以達(dá)到表1中回用水水質(zhì)要求。

4.2 回用工程

污水廠內(nèi)有高密池助凝用PAM（-）和污泥脫水用PAM（+）需要將固體藥粉配制成0.5‰和2.5‰的藥液，由中試工程的20：1的混合水取代自來(lái)水配藥。

4.3 回用效益

污水廠內(nèi)有高密池助凝用PAM（-）的平均每天投加量為0.016t，用水量為32t。污泥脫水用PAM（+）平均每天投加量為0.033t，用水量為13t。合計(jì)廠內(nèi)每天配制這兩種藥劑的自用水量為45t，廠內(nèi)自用水價(jià)格為4.7元/方，每天可節(jié)約212元水費(fèi)。

5 結(jié)論

黃河口地區(qū)的城市污水氯離子含量高，硫酸鹽和溶解性固體濃度也超出城市雜用水和綠地灌溉用水的標(biāo)準(zhǔn)，采用浸沒(méi)式超濾+反滲透組合進(jìn)行中試，超濾回收率90%以上，反滲透回收率50%，進(jìn)膜壓力1.3MPa時(shí)，運(yùn)行成本1.017元/m3，可使回用水指標(biāo)達(dá)到所有回用水的水質(zhì)要求。

【參考文獻(xiàn)】

【1】徐金平，初建，王思國(guó). 黃河三角洲地區(qū)濕地生態(tài)變化與保護(hù)[J].華東科技：學(xué)術(shù)版， 2013（12）：146.