膜技術在污水深度處理回用中的應用研究

宮成清 羅丹 李新鑫

（1. 沈陽茲園環保科技有限公司，遼寧沈陽 110167；2. 遼寧大學，遼寧沈陽 110066）

1 引言

目前污水深度處理回用是解決水資源短缺的一種有效方式，在發達國家已經得到普遍的重視并大力推廣。膜技術在污水處理回用工藝中起著很重要的作用，污水通過膜分離技術進行回用，在充分利用水資源的同時還能夠產生良好的經濟效益，減少污染物外排，降低環境污染，保護環境。

2 污水回用標準及其途徑

2.1 污水回用標準

污水在進行深度處理后能夠實現二次使用，而且各種回用水都有其各自的處理規定。現階段，再生水主要用于市政雜用水、娛樂景觀用水等，具體的回用標準為：

地下水：色度≤15；濁度≤5 NTU；溶解氧＞1 mg/L；BOD5≤4 mg/L；CODCr≤15 mg/L；氨氮≤0.2 mg/L；溶解性固體≤1 000 mg/L。

工業用水：色度≤30；濁度≤5NTU；BOD5≤10 mg/L；CODCr≤60 mg/L；總磷≤1.0 mg/L；氨氮≤10 mg/L；溶解性固體≤1 000 mg/L。

農、林、牧業用水：色度≤30；濁度≤10 NTU；BOD5≤10 mg/L；CODCr≤60 mg/L；氨氮≤10 mg/L；溶解性固體≤1 000 mg/L。

市政雜用水：色度≤30；濁度≤5 NTU，分類考量；溶解氧≥1 mg/L；BOD5≤10 mg/L；氨氮≤10 mg/L；溶解性固體≤1 000 mg/L。

景觀類用水：色度≤30；濁度≤5 NTU；溶解氧≥1.5 mg/L；BOD5≤4 mg/L；CODCr≤30 mg/L；氨氮≤10 mg/L；溶解性固體≤1 000 mg/L。

地表Ⅳ類水：色度≤30；濁度≤5 NTU；溶解氧≥1.5 mg/L；BOD5≤6 mg/L；CODCr≤30 mg/L；氨氮≤5 mg/L。

由于回用范圍逐步擴大，目前對有機物類、微生物等方面的控制指標提出了全新的規定。

2.2 污水回用途徑

回用水根據水的用途來確定處理工藝，根據要求不同采用如下幾種工藝：

中水回用：二級污水廠出水-混凝沉淀-砂濾。

針對水中難降解有機物：二級污水廠出水-混凝沉淀-砂濾-活性炭過濾。

深度回用：二級污水廠出水-混凝沉淀-砂濾-預處理-納濾（反滲透）。

3 污水再生處理技術和回用方式

3.1 污水再生處理技術

污水完成二級生化處理后所開展的再生處理，要根據水質和回收用途來決定采用哪種處理形式，而每種回收用途均具有處理工藝上的局限。如在工業領域，再生水能夠用在鍋爐冷卻工作中，但其污水進行回收時很有可能出現腐蝕、污垢等問題；在農業領域中，通過再生水進行灌溉，會被各種因素所制約，具體表現在回用水中所含有的細菌會附著于農作物上，特別是一些重金屬物質會對農作物造成很大的破壞［1］。總之，進行再生水處理要有嚴謹的工作態度，如果操作出現失誤，原水體質量便會降低，同時水體里面含有的毒性有機物會危害到人們的身體健康。目前所采用的深度處理工藝并不能徹底打破這些限制，所以有必要對工業結構進行優化，或者采用膜法，不但能夠達到良好效果，并且還可以突破回用的局限性［2］。

二級生化處理的常規處理工藝流程為：預處理-好氧活性污泥法-二沉池-出水；強化脫氮除磷處理工藝為：預處理-好氧-缺氧/厭氧組合活性污泥法-二沉池-出水。而傳統深度處理工藝流程為：二級出水-混凝沉淀/砂濾/生物活性炭-消毒-出水；耦合膜法深度處理工藝流程為：二級出水-混凝沉淀/砂濾/微濾-超濾/納濾-消毒-出水。

3.2 污水處理回用方式

二級生化處理的出水水質：COD≤60 mg/L；BOD ≤20 mg/L；氨氮≤15 mg/L；糞大腸菌群數≤1×104個/L。污水回用方式為綠化、消防、景觀以及農牧業等用水。

強化脫氮除磷的出水水質：COD≤50 mg/L；BOD≤10 mg/L；氨氮≤5 mg/L；總氮≤15 mg/L；糞大腸菌群數≤1×103個/L。污水回用方式為綠化、消防、景觀、農牧業等用水。

傳統深度處理出水水質為：COD≤30 mg/L；濁度≤5 NTU。污水回用方式為綠化、景觀、清掃、建筑施工、沖廁、消防等用水。

耦合膜法深度處理出水水質為：BOD≤5 mg/L；氨氮≤1 mg/L。污水回用方式為地下水回灌、除飲用水外的直接接觸用水，接近地表Ⅳ類水。

4 傳統深度處理工藝與膜處理技術的優點和不足

以污水處理二級出水情況為標準，盡管出水水質達到了規定要求，但因通常采用活性污泥法進行處理，易形成難以清除的有機物，脫氯除磷的效果不是很理想，且在具體的操作上也不是很完善。污水再生回用處理首先要在進行二級處理期間，對于一些不容易降解的污染物質以及難以通過細菌學標準徹底清除的物質，采用合適的深度處理形式，以滿足相關領域對于水質量的規定。

現階段主要的污水深度處理組合工藝為二級出水+膜法深度處理。二級出水對有機物進行處理時，普遍會使用生物活性炭吸附的方式，無需投入較多的成本，其不足在于吸附后很有可能產生飽和，之后再經過反復的吸收-脫附，會大幅度降低活性炭的使用時間，提升更換率，在此過程中會投入大量的經費，所以并沒有普遍應用于污水回用工作中。混凝沉淀法會對二級出水里所有的有機物、總磷等進行全面清除，無需投入較多的經費，缺點在于難以清理掉氨氮，且放入混凝劑后會導致泥量增多，加大污泥處理量。臭氧氧化反應非常迅速，具有極好的氧化處理能力，但在完成臭氧處理后，水質不具備理想的生物性，無法儲存臭氧，甚至還要清理尾氣，從而需要投入相當多的經費［3］。膜分離技術在對各種用途的水進行處理后，出水水質極佳，可全面清理病菌，并且該工藝占地面積小，管理比較方便，更為重要的是能夠進行自動化管控。此外，在完成處理后，能夠擴大水的用途范圍。但在進行膜分離時，膜污染現象十分嚴重，不僅會造成能源大量的消耗，還需要投入大量的經費用于基建［4］。由于近幾年加大了對膜污染的研究力度，使得成本投入量逐漸減少，這是以往所采用的深度處理工藝所無法比擬的，因此，膜分離技術具有廣闊的發展前景。

5 膜分離技術的使用現狀

5.1 微濾技術

在粗過濾、清理顆粒性物質時一般會采用微濾技術，此項技術能夠攔截少量的細菌。

污水回收使用微濾技術，主要是通過浸入式連續微濾膜裝置對污水采取深度處理和回用［5］，出水水質中對SS 平均清除率最優，出水始終低于0.7 mg/L，清理有機物的效果并不是很理想，特別是對氨氮的清理幾乎沒有效果，完成出水消毒后，只可以用于綠化。

5.2 超濾技術

超濾技術的主要作用在于能夠攔截溶液里具有溶解性的大分子溶質，充分利用小分子溶質，將一些溶解性有機物進行攔截。在進行污水深度處理期間采用UF 膜技術，能夠清理掉二級出水里的細菌，減少出水濁度，同時能夠攔截有機物，保證得到理想的出水水質。

我國現已對超濾技術進行了升級改造，目前主要是以“超濾+臭氧氧化”的方式進行二級出水處理，然后用作公園水景的補給水源。因為二級出水的構成比較復雜，所以即便在對二級出水處理時采用超濾技術，還是會在某些方面不符合規定要求，為此可以采用微濾當作預處理單元，就能夠保證回用系統非常平穩安全地運行。一些國家已開始通過膜法深度處理技術對二級出水實施處理，主要是為了能夠獲得質量有保證的水源，以此改善水資源匱乏的窘境，而具體的工藝是以“UF+RO”技術為主。

5.3 納濾技術

在處理飲用水、工業廢水時，主要是采用納濾技術。因為納濾膜的孔徑在超濾與反滲透之間，操作起來要比反滲透更加容易，同時納濾在攔截能力上要強于超濾技術，所以其前景被看好，近些年來納濾膜在二級污水深度處理上獲得了普遍的使用。但若膜孔徑大，污染物能夠輕松被膜孔所吸收，膜孔就會被堵住，進而導致膜受到破壞。

在使用納濾技術過程中，為確保納濾單元安全平穩地運行，一般情況下會對前端進行預處理，目的是避免膜受到破壞。混凝沉淀、活性炭吸附等是以往所采用的預處理形式，近些年由于大孔徑膜技術越來越完善，微濾和預處理單元以及納濾共同構建成雙膜法處理技術［6］。

在納濾技術的使用方面，我國部分石油企業的污水處理廠以A/O 工藝為基礎，加設了集“混凝氣浮”“BAC”“納濾”為一體的深度處理，能夠全面處理掉鹽，可用作綠化、冷卻水循環等方面［7］。

5.4 反滲透技術

在海水、苦咸水淡化處理中，普遍會使用反滲透技術。由于污水回用技術的進步明顯，使得目前的反滲透技術能夠清理掉回用水里的鹽，使水質達到規定標準。

反滲透技術是滲透的一種反向遷移運動，主要是利用半透膜的選擇作用，把溶液里的溶質和溶劑隔開，孔徑要在5～10 ? 的范圍內，當前已被普遍使用到對液體的提純當中。而在污水處理回用方面，通過反滲透技術能夠把水中的有機物、細菌等全面處理掉，進而提升水的質量。

在進行再生水回用中，主要采用的是反滲透+微濾/超濾的雙膜法，取代以往的預處理形式，從而使工藝更為簡便，并且能全面清除水里的污染物。利用反滲透技術對出水進行處理回用，主要是為了讓再生水的質量達到生活、生產用水的標準。目前國內的一些回用水項目中水處理量已經達到了40 萬t/d，并以超濾-反滲透-UV 系統工藝為主。因此，反滲透技術用于污水回用中，能夠大幅度提升再生水質量，其已經逐步在污水回用項目中得到更多的推廣使用，具有非常好的前景。

6 結語

通過對膜分離技術和傳統的深度處理工藝的比較發現，膜分離技術保證了回用水水質要求，不但能夠降低對環境的破壞程度，還能夠滿足對用水要求越來越高的行業的需求，進而達到節省和保護水資源的目的。污水再生回用能夠產生良好的社會、環境收益，但膜分離技術在使用期間，要根據原水水質、回用要求以及投入經費等方面情況，采用適合的膜類型。