反滲透設備在服務區中水回用系統中的應用

羅 凱

（山西省交通新技術發展有限公司，山西 太原 030012）

0 引言

高速公路作為國家基礎建設的重要環節，在現代交通運輸中扮演著重要的角色。隨著高速公路網絡進一步覆蓋至各縣鎮，人員和物資的流動將不可避免地依賴于高速公路。高速公路服務區每隔60 km左右均勻地分布于路段，為過往的人員及車輛提供了必要的便利[1]。目前，服務區的各項設施均趨于完善并向更高標準進行升級，部分服務區已經不局限于餐飲、加油，更具備了旅游、購物、休閑娛樂的屬性。因而，在此基礎上，人流量的增加，也帶來了更多的排放，其中污水的處理和去向問題就尤為顯著。

目前的服務區污水處理中，基本的生化處理都能得到滿足，如生物接觸氧化+二沉池工藝、SBR工藝、生物轉盤工藝等。部分規模較大、設施完善的服務區還使用了MBR（Membrane Bio-Reactor，膜生物反應器）工藝、多介質過濾等效率較高的二級、三級處理，并實現了一定程度上的中水回用。中水回用的實現，為服務區的污水外排與再利用提供了新的思路和方向。但目前的中水僅適用于綠化、路面沖洗等要求較低的場景，進行沖廁時需要較好的運行狀態和調試狀態，同時若適用更高標準的用水如景觀用水、供熱系統循環水、過往車輛用水等，則在水硬度、濁度等方面難以滿足，無形之中造成了部分水源的浪費，并增加了排放負擔。

1 水處理工藝

1.1 目前常用的中水回用工藝AO+MBR

服務區一般地處偏遠，無法與城市污水管網進行合并，污水的外排一般僅采用達標排放及拉運至有資質的水處理單位進行處置。不論采用何種水處理方式，最大化地增加回用水用量和降低多余外排水污染指標都是最基本的原則。所以，中水回用理應成為目前服務區水處理中最基本的處理理念，而一般的二級處理+沉淀池的做法難以穩定滿足中水回用的要求。對此MBR在該場景下雖然運行成本略高，但在控制上、穩定性上有著先天優勢，目前常用的工藝如AO+MBR，一般流程如圖1。

圖1 AO+MBR中水處理工藝流程圖

MBR系統的加入替代了傳統工藝中效率低下的二次沉淀池，通過孔徑在0.03μm以下的中空纖維膜過濾掉污水中的雜質，并且對微生物、細菌、大分子有機物都有一定的去除作用，出水濁度極低。MBR工藝的加入使得服務區中水回用不再是紙上談兵，大批的服務區站點在引入該工藝后都基本實現了場地綠化、沖洗用水，部分管道完善的站點還實現了沖廁，約60%以上的污水得到了一定的再利用，服務區污水外排外運壓力大幅降低。

1.2 升級的中水回用——雙膜法（MBR+反滲透）

反滲透（RO）膜技術是許多年來使用十分嫻熟的超純水制備技術。其機理主要是，擱置相同體積的稀溶液和濃溶液在半透膜的兩邊，稀溶液因濃度差會滲透到濃溶液側的歷程叫做滲透[2]。

常規的MBR設備可以有效地去除懸浮物、大分子有機物、100%地節流污泥，并能在一定程度上去除廢水中的生物污染物、顆粒物、膠體、濁度、細菌等，同時其出水在一定程度上也滿足了反滲透系統的進水水質，在此基礎上可以更進一步采用反滲透的方式提升水質，滿足更多情況下的中水回用。常用的工藝流程見圖2。

圖2 MBR+反滲透用于中水回用工藝流程圖

服務區污水經過化糞池、格柵、調節池、AO反應器后進入膜池，在平均孔徑小于0.03μm的中空纖維膜節流后進入MBR產水池（中間水池），該部分水可用于綠化、噴灑沖洗和要求標準較低的沖廁等其他場景，其余產水由增壓系統進一步提升進入反滲透模塊，模塊產水將獨立放置于高品質水箱中存留代用，產生的濃水另外處置，見圖3。

圖3 反滲透過程中濃水處理工藝流程圖

采用RO反滲透系統不可避免地產生濃水，對于服務區這類產水量較小的分散式污水處理系統，濃水可根據實際情況（產量、污染物濃度）采用場區內回流處理、外運或專用設備處理，常用的設備處理是采用高級氧化法的方式如Fenton+活性炭吸附，產水進入Fenton[3]單元進行反應，首先進行加酸調節pH值到3～4，加入雙氧水及硫酸鹽鐵，氧化難生化有機物，通過加堿反調pH值至中性，進入出水檢測池，達標后排放。同時增加活性炭吸附系統，使出水更穩定。污泥回流至系統中與生化段排泥一并處理，達標產水進一步外排。

2 采用反滲透工藝對水質的影響

傳統的中水回用即AO+MBR技術能達到的最低標準為《城市污水再生利用 城市雜用水水質》（GB 18920—2002）及《公路服務區污水再生利用第1部分:水質》（JT/T645.1—2016）對綠化的標準，即各指標需低于表1中數值。

表1 傳統中水回用工藝的最低標準要求 mg/L

考慮到服務區污水水質接近于生活污水，但由于來源多為衛生間，故主要指標略高，AO+MBR系統的產水COD一般在25～40 mg/L之間，BOD在5～10 mg/L之間，氨氮小于等于10 mg/L。MBR系統對懸浮物的隔離效果較好，基本已經無法檢測，對大分子有機物有一定的截留能力，對色度也有大幅度的去除效果。但是對于Ca2+、Mg2+及其他無機鹽類不能降解，這主要是由于MBR膜孔徑大于無機鹽離子直徑，不能將無機鹽離子截留下來，因此不能被去除。

當引入反滲透設備時，由于MBR系統產水已經可以滿足反滲透進水要求，可直接增壓接入反滲透系統。經過研究得出，反滲透系統對硬度的去除率在99.5%以上，除鹽率也在99%以上，同時可進一步去除水體中COD，并且完全去除水體中的SS和色度[4]。可以進一步使產水的COD降低至5～10 mg/L、BOD降至3～6 mg/L，在前處理工藝中加入脫氮除磷工藝時，可滿足《城市污水再生利用 景觀環境用水水質》（GB18921—2019）中景觀環境用水標準，同時水體硬度也基本去除。在此條件下，產水可進一步用于服務區供暖系統的循環用水、服務區景觀用水、車輛加水等場景，并且用于沖廁、噴灑時對于管道及容器的清潔程度也有大幅提升。

3 結語

AO+MBR末端出水可以很好地滿足反滲透系統要求，該系統應用于AO+MBR中水回用系統末端進行深度處理實現“雙膜法”[5]可在MBR工藝的基礎上進一步提高水處理效果，實現97.5%以上的有機物去除能力，同時基本去除硬度及鹽度，全部的懸浮物、SS、色度等，配合脫氮除磷工藝可大幅度提高產水品質。

高速公路服務區往往是一個封閉、獨立的工作系統，若不控制其污染物的循環與排放，極容易產生惡劣的環境影響。中水回用提供了一個積極的方向去將服務區污水進行循環，但產多于入的現狀導致實現“零”排放不切實際。小型反滲透水處理設備的引入，極大地提高了服務區中水產水的標準，擴大了中水利用面，使中水回用不再局限于綠化沖廁。同時，進一步在管路輸送、保存、接觸性上提高了回水的使用感受，使中水回用不再雞肋，從而推動實現了綠色服務區的構想，走可持續發展道路。