運用反滲透膜法處理城市污水的技術分析

劉陳

（賽恩斯環保股份有限公司，湖南 長沙410007）

緩解水資源短缺要從節水與尋找新的可用水資源出發，前者是指要節約用水，尤其是要提高水工業用水利用率；后者最具有可行性的措施是污水再生利用。污水回用的含義是處理工業污水及生活污水并將其作為市政、農業及工業用水以及地下水回灌的水源，這一方法是解決缺水問題比較經濟、簡單的途徑[1]。

1 污水再生回用的意義及處理技術

1.1 污水再生利用的意義

污水再生利用能減少水資源的浪費，還能節約排污費用。污水來源成本低，容易收集，基建投資要求不高，因此可以用于解決中國水資源分布不均衡的現狀。污水再生利用可節約水資源，也能保護水源，減少水污染，緩解當前地下水資源短缺與用水量大的矛盾。污水再生處理后轉變為可以利用的水資源，這對緩解水資源緊缺現狀、保護環境以及促進國民經濟可持續發展均具有深遠影響。

1.2 污水再生處理的技術

污水再生回用的實現需要多種技術的配合，有一級處理、二級處理以及深度處理。從作用機理上劃分，可將污水處理技術劃分為化學法、物理法、物理化學法以及生物化學法等。污水處理需要合理組合數種污水處理技術，當前常用的包括混凝沉淀、過濾、消毒、活性炭吸附、厭氧及好氧生物處理等。以往污水回用處理的目的在于達標排放，因此主要是根據污染物處理符合標準來進行工藝流程的設計，當前污水回用處理的目的在于綜合利用水，這就要求集成、綜合現有技術從而實現目標[2]。

2 反滲透膜技術

電子、制藥以及飲料等行業對回用污水中的含鹽量要求比較嚴格，因此要進行深度處理。全離子交換法是水處理中比較常用的除鹽方法，這一方法的工藝技術以及設備都已經成熟，但是當污水中含有大量鹽時，此時如果仍然采用離子交換法，受到污水含鹽量高、再生頻繁、運行周期短、酸堿消耗量大等因素的影響，運行費用將會明顯增加。

反滲透的過程可以簡單描述為：只允許溶劑（水）通過，不允許溶質通過的半透膜，實現咸水與純水的分隔，純水一側的水分子通過膜透過咸水一側，從而增高咸水一側的液位直至到達一定高度，這一過程被稱為滲透過程。當滲透實現動態平衡時，半透膜的兩側存在壓力差或者水位差，這是一定溫度下的溶液滲透差。對咸水一側施加壓力，當超過溶液的上滲透壓時，此時水分子從咸水中透過半透膜，這一過程被稱為反滲透過程[3]。

3 反滲透膜處理系統的組成及應用

某熱電廠為了解決發電成本增加及用水壓力增加的問題，決定建設中水回收項目。主要內容是建立規模為9600 t/d的污水回用裝置，將附近污水處理廠的達標排放污水經預處理后排放至反滲透系統，產水一部分用于循環冷卻，一部分用于鍋爐補給。

3.1 工藝流程

該項目的工藝流程如圖1 所示，反滲透單元的預處理系統包括生化單元以及兩級過濾單元。

圖1 工藝流程圖示

3.2 預處理系統的作用及組成

3.2.1 預處理系統的作用

預處理系統的作用在于將氨氮、油、COD、懸浮物等雜質去除，通過過濾、混凝等處理即可滿足這一要求。反滲透系統對水質要求較高，因此要合理進行預處理，以便于反滲透裝置得以長期穩定、安全地運行。預處理的作用包括預防膜表面結垢、預防膜表面污染、預防膜免受化學損傷及機械損傷。部分預處理水會應用于循環冷卻水，因此要注意預防循環冷卻水出現結垢、腐蝕、污堵以及生物繁殖等。

3.2.2 預處理系統的組成

3.2.2.1 生化單元

由于該污水處理廠的二級污水中較少含有可降解的有機物，考慮到接觸氧化法處理污染程度不嚴重的污水中的氨氮、濁度、錳、鐵等效果均比較良好，因此采用了接觸氧化工藝，建設氧化塔。氧化塔的數量共計4 座，停留3 h，氣水比為10∶1，曝氣量為15 m3/h。塔高14 m，這主要是為了節省占地面積，同時利用深井曝氣的原理將氧氣的停留時間延長，進而充分氧氣。塔內填充的立體填料可吸附水中的小氣泡，其中彈性絲具有連續切割氣泡的作用，進而加快氧氣轉移，提高充氧效率。組合填料不容易堵塞、糾纏。兩種填料按照1∶1 的配比填充，同時具有耐沖擊、容易掛膜、產泥量小、充氧效率高的特點。斜板沉淀池共計2 座，為并聯運行，單池的有效容積420 m3，停留時間3 h，絮凝劑為聚合氧化鋁，投藥量15.6 mg/L。

3.2.2.2 兩級過濾單元

纖維束過濾器與石英砂濾池組成兩級過濾單元。纖維束過濾器數量共5個，為并聯運行，運行壓力為0.34 MPa，過濾速度為28～36 m/h，反洗周期為24 h，反洗方式為氣水聯合，單位體積濾料的截污量為5～10 kg/m3。石英砂濾池過濾器數量共6個，為并聯運行，過濾速度為5 m/h，反洗周期為72 h，反洗方式為氣水聯合，單位體積濾料的截污量為2～4kg/m3。

沉淀池出水提升后與加入的NaClO 均勻混合，進入纖維束過濾器過濾以去除有機物及懸浮物。纖維過濾器出水后，經石英砂濾池作進一步處理，進而確保預處理效果。

3.2.3 反滲透單元

由于使用了NaClO 作為消毒劑來消殺進水，這造成預處理系統出水有一定殘余氯，但是反滲透單元的濾膜對余氯量要求嚴格，因此水經過保安過濾器之前還要加入NaHSO3作為還原劑來將殘余氯去除，之后水才能經保安過濾器及高壓泵進入反滲透膜。

反滲透單元由反滲透組件、高壓泵、保安過濾器以及膜沖洗系統、自動控制系統以及藥劑投加系統組成。反滲透膜組件為聚酰胺復合膜，其并不提高膜通量，而是增加有效膜面積，從而增加產水量，具有污堵慢的特點，能確保膜元件穩定、長期地高產水量運行。

3.3 運行效果

反滲透的工藝特點要求進水質量必須較高且穩定。系統運行1年時間內，反滲透膜預處理的穩定性及運行效果測試顯示，殘余氯含量接近0，濁度小于0.1 NTU，SDI 在3.2～4.0 之間，整體上可滿足要求。

投產運行1年后發現反滲透膜的產水電導增加，運行壓差增加，因此及時進行首次膜清洗，經清洗后運行恢復。監測結果顯示，RO 系統摻水的各項指標均滿足回用水水質要求。

3.4 運行效益分析

投資共計2850 萬元，設計日處理水量為14400 t，每日產水量為9600 t。污水處理廠出售中水為0.48 元/t。據此計算，每年增加收入在230 萬元左右。該項目每年回用城市污水處理廠的二級出水約475 萬t，明顯提高了城市的污水回用率。除此之外，每年減少約163 t 總氮排放量，氨氮約占130 t，減少約307 tCOD 的排放，其具有顯著的環境效益。

該中水回用裝置的處理成本為2550 元/t，以每年累積運行時間330 t 計，每年的污水處理費用約為845 萬元。按照當地工業用自來水的價格4.1 元/t 計算，每年節約自來水費用在1300 萬元左右。同時，自來水被反滲透產水代替后，鍋爐補給水處理每年節約成本約為245 萬元。理論上每年可減少支出700 萬元，運行4年即可收回成本。污水處理廠達標出水具有價格優勢，可以出售給其他用戶，這能為降低用水成本、增加收入提供助力。

4 結束語

當前的水處理正向著采用膜技術來完全解決分離與過濾問題的方向發展。反滲透膜工藝處理城市污水的效果顯著，具有工藝簡單、投資少、污染少、效率高、能耗低的優勢，容易實現自動化操作，維護難度也比較小。可以預見，城市污水處理中，反滲透膜技術將發揮越來越重要的作用。