黃河口地區城市污水的再生回用技術中試實驗研究

顧學林，張曉敏

（勝利油田供水分公司，山東東營257061）

1 引言

黃河口地處黃河入海口的三角洲地區，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。黃河口地區某城市污水處理廠的出水水質：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/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、總溶解性固體:1419 mg/L、石油類:0.01mg/L，對照《城市污水再生利用綠地灌溉水質》（GB25499-2010）、《城市污水再生利用城市雜用水水質》（GB18920-2010）、《城市污水再生利用景觀環境用水水質》（GB18921-2002）、《城市污水再生利用工業用水水質》(GBT 19923-2005)，只有氯離子和總溶解性固體超出了綠地灌溉水質、城市雜用水水質、工業用水水質的標準，限制了再生水的回用范圍。目前，黃河口地區城市污水廠的再生水只能直接回用于景觀用水，因此，需要對黃河口地區的城市污水廠的出水進一步處理，降低水中的鹽類物質含量，使黃河口地區的再生水發揮更大更廣泛的作用。

2 城市污水的再生工藝概況

在黃河口地區某污水廠開展了再生回用工程試驗項目，該地區城市污水廠處理工藝采用“曝氣沉砂池+AAO生物反應池+二沉池+高密度沉淀池+V型濾池+紫外線消毒池”，出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）的一級A標準，再生處理后全面達到城市污水再生利用的各項水質標準。

2.1 設計水質

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

表1 再生回用工程控制指標與再生水水質標準的比較 單位：mg/L

2.2 中試工藝設計

因為黃河口地區城市污水的再生回用工程的控制指標主要是一價、二價的鹽類物質，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。

圖1 工藝流程

2.2.1 超濾系統

采用浸沒式超濾系統，包括保安過濾器、進水泵、超濾膜池、清洗系統、產水泵及控制儀表六部分。

采用浸沒式中空纖維超濾膜，外壓式過濾，原水在膜絲內流動，濾后水經膜絲過濾后流至膜外，在膜絲內積存的污染物質通過較高流量和較高壓力的水流帶走，為保證膜的過濾性能，過濾同時進行空氣擦洗，且系統30分鐘進行一次氣水聯洗，反洗液由內向外反向清洗，45s氣水洗45s水洗。每天進行一次化學清洗，化學清洗時投加31%的鹽酸或10%的次氯酸鈉。超濾系統產生的廢水回到廠內污水管網。

主要設備參數：設置一組超濾膜池，膜池容積為6m3，正常運行液位為2.1m，處理規模6m3/h，設有6支超濾單元，膜組件參數：外形尺寸?160×1800mm，膜材料為聚偏氟乙烯（PVDF），膜絲內徑/外徑為0.7mm/1.2mm，膜絲平均孔徑為0.03μm，設計通量為29L/m2·h，膜面積為35m2。一臺進水泵9.6m3/h；一臺網格過濾器；一臺產水泵兼作反洗水泵9.6m3/h；一臺鼓風機75m3/h；兩臺加藥泵50L/h，一臺投加阻垢劑，一臺根據進水ORP投加還原劑。在線監測儀表有超濾進水濁度計、出水濁度計、進水pH計、進水流量計、產水流量計。2個直徑1m高1.1m的儲水箱，一臺150L/h回用供水泵。

2.2.2 反滲透系統

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

采用陶氏BW30-400反滲透膜，根據跨膜壓差投加藥劑進行化學清洗。反滲透系統產生的廢水回廠內污水管網。

主要設備參數：設置3支反滲透單元，膜組件參數：外形尺寸?201×1016mm，膜片采用聚酰胺復合膜，單支元件有效膜面積為37m2，產水量40m3/d，最高操作壓力為41bar，最高壓降1bar，最大進水流量19m3/h，最大進水SDI為5，PH范圍為2～11。一臺保安過濾器4m3/h、一臺增壓泵250L/min、一臺高壓進水泵12m3/h、兩臺加藥泵7.6L/h。在線監測儀表有進水氧化還原電位（ORP）、進水電導率、出水電導率、保安過濾器的壓力、高壓泵前壓力、高壓泵后壓力、RO產水壓力、濃水出水壓力、產水流量計和濃水流量計。2個直徑2米高2米的儲水箱，一臺3m3/h回用供水泵。

3 中試運行結果

由于超濾對氯離子沒有去除效果，而反滲透對氯離子的去除率非常高，遠遠高于回用標準，因此，為了減少運行成本，將超濾和反滲透的出水進行混合，使出水滿足回用要求。

3.1 超濾運行結果

超濾單元按最佳工況參數設計運行，工況參數如表2所示。

經過超濾膜處理后的出水水質如表3所示，出水氯離子和溶解性固體（TDS）基本沒有變化，大腸菌可以降低到3000個/L，SDI和PH都達到反滲透膜的進水水質要求。

表2 超濾工藝運行參數

表3 超濾污染物去除效果

3.2 反滲透運行結果

反滲透單元的運行工況如表4所示，產水電導率在100μS/cm以下，脫鹽率大于98%，回收率為50%。

表4 RO運行工況

經過反滲透處理后的出水水質如表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，遠優于表1中回用水水質要求。

表5 RO污染物去除效果

3.3 運行成本

超濾工藝每天一次維護性化學清洗，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進水ORP維護在0～200范圍內，中試工藝的RO進水ORP始終維持在29～165，沒有投加還原劑；阻垢劑平均每天投量為259g。藥劑價格：鹽酸4元/L，次氯酸鈉2.8元/L，復合阻垢劑24元/L，單方水藥費0.391元。單方水電耗0.9334kWh，電價0.66元/kWh，單方水電費為0.616元，每天運行費88.85元。

4 中試再生水的回用

4.1 回用水質與水量

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，供廠內自用水。RO產水量為2.7m3/h，按20:1的比例，與超濾出水0.12m3/h的量進行混合，合計供水量為2.82m3/h。混合后的水質情況如表6所示，也可以達到表1中回用水水質要求。

表6 RO與超濾出水混合后水質

4.2 回用工程

污水廠內有高密池助凝用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的混合水取代自來水配藥。

4.3 回用效益

污水廠內有高密池助凝用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。合計廠內每天配制這兩種藥劑的自用水量為45t，廠內自用水價格為4.7元/方，每天可節約212元水費。

5 結論

黃河口地區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準，采用浸沒式超濾+反滲透組合進行中試，超濾回收率90%以上，反滲透回收率50%，進膜壓力1.3MPa時，運行成本1.017元/m3，可使回用水指標達到所有回用水的水質要求。