膜技术在城市污水回用中的应用

Posted 2023-01-12 反渗透

篇首语：策马前途须努力，莫学龙钟虚叹息。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了膜技术在城市污水回用中的应用相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

目前水资源越来越缺乏，为了节约用水并达到节能减排的目的，越来越多的市政污水处理厂考虑将生活污水处理后回用，膜技术成为目前生活污水再生处理的首选技术。简述了膜技术的基本概念，分析了膜技术运用于生活污水深度处理的可行性，探讨了反渗透处理的预期效果及其发展前景，提出了应用反渗透技术时的注意事项。
文章编号：1004-6429(2013)03-0031-03
近年来膜技术依靠其能耗低、分离效果高、无二次污染、工艺简单等特点在全球得到迅速的发展，被认为是21世纪最具产业发展前景的高新技术之一。膜分离技术已广泛应用在电力化工、生物制药、食品饮料、市政环保等领域。膜分离技术因其工艺设备简单、运行费用低、产水水质好等优点，在废水深度处理及回用领域得到广泛应用。
1.膜分离技术简介
膜技术(MembraneTechnology)被称为是21世纪水处理领域的关键技术。膜是一种具有选择性分离功能的材料。利用膜的选择性分离功能对料液不同组分进行分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。目前，膜分离技术已在许多领域进行应用，例如工业超纯水的制造，锅炉补给水的除盐，制药的药品浓缩，城市污水的再生处理，化工废液中有用物质的回收等(如表1所示)。膜技术正把我们的生活带入一个更新的时代。

2.常用膜技术及特点
目前，膜分离技术已在污水处理领域得到广泛应用，尤其是在市政生活污水处理、垃圾渗沥液处理等方面的工艺中大量地应用了膜分离及其相关技术。膜分离技术包括微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透(RO)技术，其中微滤(MF)、超滤(UF)与常规水处理中的沉淀、过滤、澄清等预处理功能相似，能对水中悬浮固体、大分子有机物(如蛋白质、细菌)、胶体等进行分离；纳滤(NF)膜的过滤精度介于超滤(UF)膜与反渗透(RO)膜之间，在5nm左右，能有效过滤水中小分子有机物等；反渗透(RO)膜的过滤精度在0.1nm～1nm，能截留水中所有离子(如可溶性金属盐、有机物、细菌、胶体粒子、发热物质等)，因此反渗透是膜分离技术的一个重要组成部分。由于反渗透技术具有产水水质高、运行成本低、无污染、操作方便、运行可靠等诸多优点，因此广泛应用在纯净水生产、软化水生产、去离子水生产、废水处理等方面。其主要技术特点和应用范围见表2。

3.膜技术在生活污水处理及回用中的应用
城市生活污水具有水量大、水质稳定等特点，是一种可再生利用的水资源。城市生活污水回用处理通常以污水处理厂达到一级A排放标准的中水作为水源，采用超滤(UF)、反渗透(RO)技术对其COD、有机物和重金属离子进行脱除，使产水达到生活饮用水的水质标准。城市缺水一直是制约城市经济发展的主要因素，将城市污水处理厂处理后的中水经深度处理进行再生回用，是解决水资源短缺的一条有效途径。由于反渗透(RO)膜对进水有比较严格的要求，因此中水在进反渗透(RO)系统前需进行前处理，以保证进水水质满足反渗透(RO)系统装置的要求，而且前处理的效果直接决定反渗透(RO)技术应用的成败。目前，在城市生活污水深度处理为非直接饮用水工程案例中，反渗透(RO)系统前处理主要采用微滤(MF)或超滤(UF)。鉴于膜技术具有运行成本低、设备操作简单等特点，国内外都在积极地采用膜技术将城市污水大规模地处理为再生水。我国采用“混凝沉淀+超滤+反渗透"对煤矿废水进行再生处理，可有效解决煤矿缺水等问题，运行表明，此工艺具有出水稳定、出水水质好等特点。
山西省是我国的重点能源建设基地，根据“在城市周围新建热电联产火电厂，要把城市污水回用与电厂用水结合起来，实现污水资源化"的精神，工业用水需求为平定县污水处理厂中水回用提供了广阔的市场，同时可减少自来水的供水量，缓解自来水的供需矛盾。山西省平定县污水处理厂再生水工程除盐车间位于龙川工业园区氯碱厂院内，设计处理规模8000m3/d，出水的标准要求见表2。平定县污水处理厂中水经过超滤及反渗透处理后回用于工厂，去工艺流程见图1。

再生水系统的核心工艺是反渗透膜分离技术(即反渗透膜)，而反渗透膜对进水的水质有比较严格的要求，尤其是对水中悬浮物、胶体、余氯、铁离子及微生物的含量有一定的要求，一般要求进水水质为：浊度<1.0NTU，ρ(余氯)<0.1mg/L，SDI<5，ρ(Fe)≤0.1mg/L，pH值范围在4～11。本套系统中，经过机械澄清、多介质过滤、超滤(UF)处理后进入反渗透装置的水质为：pH=6～9，ρ(游离氯)≤1mg/L，浊度<1.0NTU，SDI(15min)<5，ρ(Fe)≤0.1mg/L。
反渗透(RO)系统的寿命和使用效果很大程度上依赖于预处理单元的工作效果。为了提高反渗透系统的效率(产水水质和系统回收率)，必须对原水进行有效的预处理，选择合适的预处理工艺，就可以减少污堵、结垢和膜降解，从而大幅度提高系统的效率，实现系统产水量、产水质、回收率和运行成本的最优化。预处理的作用一是对原水进行初级处理，去除水中悬浮物质和胶体物质，二是保证本水处理系统中主要的除盐净化设备反渗透装置的稳定运行，防止反渗透装置受污染损坏。预处理系统是根据原水水质情况、反渗透的进水水质要求和进水的水量进行设计的。反渗透的进水要求污染指数(SDI)≤5，浊度<1.0NTU，ρ(余氯)<0.1mg/L。由于原水为地下水，悬浮物、杂质、胶体含量很多，预处理系统采用多介质过滤器过滤并配以其他辅助设施，如水泵、压力表等，可满足反渗透进水水质要求。恰当的预处理工艺应该是根据原水类型、原水成分决定的。
本套再生水处理系统的预处理设备选用了机械澄清池+多介质过滤器+超滤装置，其中机械澄清池的作用是作为沉澄清池，进行絮凝沉淀及杀菌加药反应；多介质过滤器主要是去除水中可见的悬浮物、胶体及细小颗粒(>10μm)；采用程控运行的超滤装置作为预处理是一项先进的技术，具有出水浊度低、运行长期稳定、自动控制可靠等优点，将对反渗透的稳定运行起到非常重要的作用。
4.膜分离技术的处理效果及发展前景
平定县污水处理厂利用膜处理装置将中水深度处理为再生水，供应到山西阳煤集团氯碱厂的除盐水站，作为除盐水站的原水，以代替原来使用的自来水。自2010年投入运行以来，一直运转正常。生产总运行费用约2.62元/t，平均每年节约用水9.6万t，收到令人满意的效果，也为其他城市污水处理厂的废水再生利用起到了带头示范作用。再生水水质指标见表3。

在城市用水中，50%～80%是工业用水，所占比例很大。面对水资源短缺、水价上涨的状况，工业企业除了提高水的循环利用率外，使用城市污水经膜深度处理后的再生水也成为比较理想的选择。工业用水的主要地方有冷却用水、工艺用水、锅炉补充水，根据不同地方对水质的不同要求，冷却用水在工业用水中所占比例较大，一般占70%～80%或更多，而且水质要求不是太高，因此冷却水是城市污水回用的大户和主要对象。而工艺用水与锅炉补充水对水质要求比较高，城市污水经膜技术深度处理后可以作为工艺用水与锅炉补充水的原水。
5.结语
水是人类赖以生存的重要资源，但全球水环境质量严重恶化及水资源严重匮乏，迫切需要高效、低成本的污水再生利用技术，以缓解水资源的短缺状况。膜分离技术以其操作方便、设备简单、高效节能等特点，在水处理领域中得到越来越广泛的应用。城市污水具有水量、水质稳定，供给可靠，便于收集等特点，能部分缓解缺水城市的供需矛盾。将膜技术应用于城市污水回用中，在满足稳定水量的同时，保证了回用水的水质，减少了排人环境中污染物的量，实现了污水的资源化，具有明显的经济效益和环境效益。随着膜生产技术的提高、生产成本的降低和膜处理工艺的不断发展，膜技术必将越来越广泛地应用于城市污水回用中。