咸陽路再生水廠膜處理工藝的選擇

武照遠

（天津市市政工程設計研究院 ，天津市 300051）

0 前言

天津市是一個人口高度密集，經濟迅速發展的港口城市，同時也是一個淡水資源嚴重缺乏的城市。為了保證天津市的可持續發展，近年來對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模為5×104m3/d，其服務范圍近期主要包括楊柳青熱電廠、華苑產業園區、第三高教區、瑞景新苑居住區等，遠期增加中北鎮工業園區、候臺風景區、城建學院及周邊等用戶。

1 進出水水質分析

1.1 進水水質

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

表1 咸陽路再生水廠進水水質指標

再生水廠的出水水質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）、觀賞性景觀環境用水及循環冷卻系統補充水等。

上述三種用途對水質要求的側重點不同，如回用于城市雜用水時對濁度、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境用水時對BOD5、溶解氧、總磷、氨氮、石油類物質要求較高；回用于工業循環冷卻系統補充水時，對總硬度、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，同時考慮到管網實施的難度，因此，再生水廠的出水水質應該結合城市雜用水、觀賞性景觀環境用水、工業循環冷卻系統補充水三種水質的要求統一考慮，最終確定咸陽路再生水廠采用統一指標供水，見表2。

表2 咸陽路再生水廠工程出水水質指標

2 工藝方案論證

再生水處理流程力求運行可靠，操作簡單，水質合格穩定，運行費用低。目前常用的深度處理技術有混凝－沉淀－過濾、活性炭吸附、膜技術等。傳統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。

傳統處理工藝（混凝－沉淀－過濾）處理流程長，對重金屬含量較高的二級出水處理效果較好，但是對于溶解性有機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，去除大多數無機物、有機物和部分重金屬，在污水處理廠出水的深度處理工程中是比較有效的技術，但是活性炭處理的缺點是活性炭的再生過程比較復雜，費用比較高。

深度處理工藝中，近年來發展較快的是膜工藝。膜處理技術包括微濾、超濾、反滲透和電滲析等，目前在水處理中應用比較多的是微濾和超濾技術。超濾可以去除0.2～0.01μm范圍內的微粒，微濾可以去除0.2～500μm范圍內的微粒，由于膜技術能夠有效去除寄生蟲、細菌和部分病毒，大大提高了再生水回用的安全性，同時使加氯量減小，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的組合。

為了既保證再生水水質達標，同時又不致使成本過高，本工程根據以下原則選擇處理工藝：

（1）在常年運轉過程中要保證出水達到所要求的處理程度，處理效果穩定。

（2）運轉管理方便，運轉方式靈活，并根據不同的進水水質和用水量的變化調整運行方式和參數，最大限度地發揮處理裝置和構筑物的處理能力。

（3）充分考慮污水處理工程與再生水工程的有機結合，以及實施的可能性、經濟性，做到污水處理和再生水回用統籌安排。

（4）在保證出水水質的條件下，常年運轉費用較低。

根據近年對天津市紀莊子污水處理廠、東郊污水處理廠二級出水的監測情況來看，污水處理廠出水的總硬度，總堿度基本是達標的，除冬季外總溶解性固體也是可以達標的，但是冬季由于城市飲用水源的變化，總溶解性固體達到了1 500 mg/L，超過了本工程出水水質的要求。

就本工程的進水水質而言：（TDS）處理是關鍵。TDS的水處理是比較復雜的，可以用化學法、離子交換法、反滲透（RO）法。化學除鹽采用石灰法，TDS可達標，投資比較低，但每天需要大量的熟石灰膏，同時產生碳酸鈣泥渣，環境污染嚴重。離子交換法可使TDS達標，投資較高，大量消耗酸堿，二次污染嚴重。反滲透（RO）法，需設微濾或超濾做為預處理工藝，一次性投資高。但是，反滲透（RO）法運行穩定，自動化程度高，管理現代化，無二次污染，處理水質好。水處理成本雖高于化學法和離子交換法，但從水資源利用的經濟比較而言，仍屬技術可靠，經濟合理。從環保角度衡量，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，整個分離過程不發生相變，從而節能、經濟、設備操作方便。近30年來，隨著膜材料組件、工藝技術長足的發展和工業化水平的提高，反滲透在水處理領域得到越來越廣泛的應用。反滲透工藝對于溶解有機物質、溶解鹽類、金屬離子、微生物、膠體物質、氨氮等均具有較高的去除能力。

RO脫鹽工藝要求有嚴格的預處理，保證其清洗周期不小于3個月。RO的預處理包括：去除SS懸浮顆粒，標準是污染指數SDI小于3；去除微生物，標準是大腸菌群為零，細菌總數不小于2個/mL；水質穩定處理，標準為Langelier飽和指數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）水處理系統是目前較為理想的預處理工藝，其出水的污染指數SDI小于3。

微濾和超濾工藝是在膜的一側施加一定的正壓或負壓，使水透過膜，而將大于膜孔徑的懸浮物、細菌、有機污染物等截留的處理工藝。

膜工作時，膜的外表面會逐漸堆積被攔截的雜質顆粒，孔隙隨之被逐漸覆蓋，過水阻力逐漸增高。為了及時清除被攔截的雜質，減小過水阻力，需要定時用凈化的空氣反沖。每次空氣反沖之后，膜的工作壓力不會完全恢復到原來的狀態，工作壓力會逐漸上升。這種壓力的上升是膜表面附著有機物和結垢造成的，當壓力上升到一定數值時需要對膜的表面進行化學清洗，以去除有機物和鐵、鈣結垢。

超濾的過濾孔徑更小，處理效果要優于微濾。但是超濾的產水率要低于微濾，一次性投資也超過微濾。在能滿足水質的條件下，選擇更為經濟的微濾做為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工藝。

為了降低微濾膜組件的污染負荷，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工藝的主要特點是：

（1）出水水質好，更容易被接受，易于推廣使用。

（2）雖然已經經過多年的研究開發，但是在水處理上，膜過濾工藝仍然是一種新工藝，設備精細，對操作人員要求較高。

（3）建設和投資運行費用較高，電耗較大。

（4）自動化程度高，可以隨時根據出水水質數據調節運行參數，從而使出水水質與運行成本達到綜合最優。

（5）隨著技術的不斷進步，膜產品的價格會越來越低，膜工藝的競爭優勢越來越強。

3 結論

工藝的選擇是再生水項目的關鍵，必須通過全方位的比選方能確定。選擇適合工程特點、滿足工程要求的工藝，是最大限度的發揮再生水項目社會效益和經濟效益的基礎。