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城镇污水高品质再生利用是解决水资源短缺问题的重要途径。超滤（UF）/微滤（MF）-反渗透（RO）/纳滤（NF）等双膜技术是最被认可和广泛应用的高品质再生水制备技术。相比于活性污泥法后接膜过滤工艺,膜生物反应器（MBR）出水有机物浓度更低,被认为更适合作为RO/NF膜的预处理技术。NF与RO相比,膜通量高,工作压力低,运行成本低,同时对痕量有机物（TrOCs）等有较好的去除效果,NF技术可作为一种城镇污水深度处理的把关技术。本文旨在研发一套低压、低能耗和高水回收率的MBR-NF双膜技术,实现城镇污水治理和非常规水资源开发相结合,为改善重点流域水环境质量、解决水资源短缺问题提供技术支撑。本文自主研发了DF30型NF膜,优选了NF膜的应用模型,探明了DF30型NF膜对不同价态离子的分离机理,建立了NF膜辅助设计软件。DF30型NF膜切割分子量400,其对HCO3-小于30%的低截留率为其实现高水回收率运行奠定了基础。开展了工程层面的MBR工艺强化脱氮研究,提出了以控制好氧池溶解氧临界值0.5 mg/L为核心的MBR工艺强化脱氮技术,TN去除率提高10%以上;开发了抗污泥淤堵的下开放槽式曝气膜组器和高低交互的膜曝气方式,相比传统膜池连续曝气降低能耗30%以上。提出了DF30型NF膜应用中临界水回收率的概念,建立了一套以控制CaSO4结垢耦合阻垢控制和酸碱化学清洗的DF30型NF膜稳定运行技术,实现了NF系统在90%水回收率下的稳定运行。开展了MBR-NF双膜技术工程应用研究,形成一套低压、低能耗的MBR-NF双膜法高品质再生水制备技术,产水水质稳定达到北京《城镇污水处理厂水污染物排放标准（DB11/890-2012）》A标准,即地表水Ⅲ类标准（TN≤10 mg/L）。MBR-NF对TrOCs具有良好的去除效果,综合去除率达86%。NF浓水用芬顿氧化处理后的主要水质指标达到北京《城镇污水处理厂水污染物排放标准（DB 11/890-2012）》B标准,即地表水IV类标准。MBR-NF的直接运行成本1.86元/m3,总成本2.89元/m3。16座大型MBR工程应用了下开放槽式曝气膜组器,累计规模113.3万m3/d,平均能耗0.41 kWh/m3,与国家十二五水专项课题（2011ZX07317-02）2012年调查的0.63 kWh/m3相比,平均下降了34.9%。全国MBR-NF工艺累计应用规模9.9万m3/d。