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【摘 要】黄河口地区城市污水厂的一级A出水与城市再生利用的水质标准相比，水中氯化物、溶解性总固体（TDS）、硫酸盐、总硬度四项指标不满足其回用水水质要求，采用浸没式超滤+反渗透组合进行中试，超滤回收率90%以上，反渗透回收率50%，进膜压力1.3MPa时，运行成本1.017元/m3，可使回用水指标达到所有回用水的水质要求。
【Abstract】 The level-A water of the city sewage plant in Yellow River Estuary area compared with the urban recycling water quality standard， four indicators of the level-A water， chloride， soluble， total solid （TDS）， sulfate， total hardness， do not meet the requirements of the urban recycling water quality standard. Using immersion ultrafiltration and antiosmosis composite to pilot， the recovery rate of the ultrafiltration is more than 90%， the recovery rate of antiosmosis is 50%， when the pressure of into-antiosmosis is 1.3 MPa， the running cost is 1.017 yuan per cubic meter， the index of recycle water can reach the urban recycling water quality standard.
【关键词】黄河口地区；城市污水；再生水；超滤；反渗透
【Keywords】Yellow River Estuary area；urban wastewater；reuse water；ultrafiltration；antiosmosis
【中图分类号】X703.1 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2018）04-0194-03
1 引言
黄河口地处黄河入海口的三角洲地区，地下水较浅，且地下水矿化度较高，一般在5～20g/L[1]，容易渗入渠道收集的城市污水中，使城市污水的氯离子含量在1000～5000mg/L之间。黄河口地区的污水处理工艺均为生化处理，难以去除水中氯离子，致使处理后水中氯离子含量偏高，限制了再生水的回用范围。黄河口地区某城市污水处理厂的出水水质：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、浊度：0.9、大肠菌：800个/L、氯离子：2212 mg/L、硫酸盐：493mg/L、铁：<0.12 mg/L、锰：<0.01 mg/L、阴离子表面活性剂：<0.05 mg/L、总溶解性固体：1419 mg/L、石油类：0.01mg/L，对照《城市污水再生利用绿地灌溉水质》（GB25499-2010）、《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB18920-2010）、《城市污水再生利用景观环境用水水质》（GB18921-2002）、《城市污水再生利用工业用水水质》（GBT 19923-2005），只有氯离子和总溶解性固体超出了绿地灌溉水质、城市杂用水水质、工业用水水质的标准，限制了再生水的回用范围。目前，黄河口地区城市污水厂的再生水只能直接回用于景观用水，因此，需要对黄河口地区的城市污水厂的出水进一步处理，降低水中的盐类物质含量，使黄河口地区的再生水发挥更大更广泛的作用。
2 城市污水的再生工艺概况
在黄河口地区某污水厂开展了再生回用工程试验项目，该地区城市污水厂处理工艺采用“曝气沉砂池+AAO生物反应池+二沉池+高密度沉淀池+V型滤池+紫外线消毒池”，出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的一级A标准，再生处理后全面达到城市污水再生利用的各项水质标准。
2.1 设计水质
黄河口地区城市污水厂的一级A出水与《城市污水再生利用绿地灌溉水质》（GB25499-2010）、《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB18920-2010）、《城市污水再生利用景观环境用水水质》（GB18921-2002）、《城市污水再生利用工业用水水质》（GBT 19923-2005）进行对比，只有氯化物、溶解性总固体（TDS）、硫酸盐、总硬度四项指标不满足其回用水水质要求，如表1所示。
2.2 中试工艺设计
因为黄河口地区城市污水的再生回用工程的控制指标主要是一价、二价的盐类物质，所以，双膜法为再生水回用工程的首选工艺，其工艺流程如图1所示。
2.2.1 超滤系统
采用浸没式超滤系统，包括保安过滤器、进水泵、超滤膜池、清洗系统、產水泵及控制仪表六部分。
采用浸没式中空纤维超滤膜，外压式过滤，原水在膜丝内流动，滤后水经膜丝过滤后流至膜外，在膜丝内积存的污染物质通过较高流量和较高压力的水流带走，为保证膜的过滤性能，过滤同时进行空气擦洗，且系统30分钟进行一次气水联洗，反洗液由内向外反向清洗，45s气水洗45s水洗。每天进行一次化学清洗，化学清洗时投加31%的盐酸或10%的次氯酸钠。超滤系统产生的废水回到厂内污水管网。
主要设备参数：设置一组超滤膜池，膜池容积为6m3，正常运行液位为2.1m，处理规模6m3/h，设有6支超滤单元，膜组件参数：外形尺寸？覫160×1800mm，膜材料为聚偏氟乙烯（PVDF），膜丝内径/外径为0.7mm/1.2mm，膜丝平均孔径为0.03μm，设计通量为29L/m2·h，膜面积为35m2。一台进水泵9.6m3/h；一台网格过滤器；一台产水泵兼作反洗水泵9.6m3/h；一台鼓风机75m3/h；两台加药泵50L/h，一台投加阻垢剂，一台根据进水ORP投加还原剂。在线监测仪表有超滤进水浊度计、出水浊度计、进水pH计、进水流量计、产水流量计。2个直径1m高1.1m的储水箱，一台150L/h回用供水泵。 2.2.2 反渗透系统
反渗透系统采用1级2段式工作模式，包括保安过滤器、高压泵、反渗透膜组、清洗系统及控制仪表五部分。
采用陶氏BW30-400反渗透膜，根据跨膜压差投加药剂进行化学清洗。反渗透系统产生的废水回厂内污水管网。
主要设备参数：设置3支反渗透单元，膜组件参数：外形尺寸？覬201×1016mm，膜片采用聚酰胺复合膜，单支元件有效膜面积为37m2，产水量40m3/d，最高操作压力为41bar，最高压降1bar，最大进水流量19m3/h，最大进水SDI为5，PH范围为2～11。一台保安过滤器4m3/h、一台增压泵250L/min、一台高压进水泵12m3/h、两台加药泵7.6L/h。在线监测仪表有进水氧化还原电位（ORP）、进水电导率、出水电导率、保安过滤器的压力、高压泵前压力、高压泵后压力、RO产水压力、浓水出水压力、产水流量计和浓水流量计。2个直径2米高2米的储水箱，一台3m3/h回用供水泵。
3 中试运行结果
由于超滤对氯离子没有去除效果，而反渗透对氯离子的去除率非常高，远远高于回用标准，因此，为了减少运行成本，将超滤和反渗透的出水进行混合，使出水满足回用要求。
3.1 超滤运行结果
超滤单元按最佳工况参数设计运行，工况参数如表2所示。
经过超滤膜处理后的出水水质如表3所示，出水氯离子和溶解性固体（TDS）基本没有变化，大肠菌可以降低到3000个/L，SDI和PH都达到反渗透膜的进水水质要求。
3.2 反渗透运行结果
反渗透单元的运行工况如表4所示，产水电导率在100μS/cm以下，脱盐率大于98%，回收率为50%。
经过反渗透处理后的出水水质如表5所示，出水氯离子小于130mg/L，出水溶解性固体（TDS）小于120 mg/L，大肠菌去除率100%，出水硫酸盐小于15mg/L，远优于表1中回用水水质要求。
3.3 运行成本
超滤工艺每天一次维护性化学清洗，间隔使用浓度10%的次氯酸钠和浓度31%的盐酸，次氯酸每天投量为0.52t，盐酸每天投量为2.69kg。反渗透工艺投加阻垢剂和亚硫酸氢钠还原剂，还原剂是使RO进水ORP维护在0～200范围内，中试工艺的RO进水ORP始终维持在29～165，没有投加还原剂；阻垢剂平均每天投量为259g。药剂价格：盐酸4元/L，次氯酸钠2.8元/L，复合阻垢剂24元/L，单方水药费0.391元。单方水电耗0.9334kWh，电价0.66元/ kWh，单方水电费为0.616元，每天运行费88.85元。
4 中试再生水的回用
4.1 回用水质与水量
按氯离子最不利情况考虑，将RO出水与超滤出水按20：1比例混合后，供厂内自用水。RO产水量为2.7m3/h，按20：1的比例，与超滤出水0.12m3/h的量进行混合，合计供水量为2.82m3/h。混合后的水质情况如表6所示，也可以达到表1中回用水水质要求。
4.2 回用工程
污水厂内有高密池助凝用PAM（-）和污泥脱水用PAM（+）需要将固体药粉配制成0.5‰和2.5‰的药液，由中试工程的20：1的混合水取代自来水配药。
4.3 回用效益
污水厂内有高密池助凝用PAM（-）的平均每天投加量為0.016t，用水量为32t。污泥脱水用PAM（+）平均每天投加量为0.033t，用水量为13t。合计厂内每天配制这两种药剂的自用水量为45t，厂内自用水价格为4.7元/方，每天可节约212元水费。
5 结论
黄河口地区的城市污水氯离子含量高，硫酸盐和溶解性固体浓度也超出城市杂用水和绿地灌溉用水的标准，采用浸没式超滤+反渗透组合进行中试，超滤回收率90%以上，反渗透回收率50%，进膜压力1.3MPa时，运行成本1.017元/m3，可使回用水指标达到所有回用水的水质要求。
【参考文献】
【1】徐金平，初建，王思国. 黄河三角洲地区湿地生态变化与保护[J].华东科技：学术版， 2013（12）：146.
【Abstract】 The level-A water of the city sewage plant in Yellow River Estuary area compared with the urban recycling water quality standard， four indicators of the level-A water， chloride， soluble， total solid （TDS）， sulfate， total hardness， do not meet the requirements of the urban recycling water quality standard. Using immersion ultrafiltration and antiosmosis composite to pilot， the recovery rate of the ultrafiltration is more than 90%， the recovery rate of antiosmosis is 50%， when the pressure of into-antiosmosis is 1.3 MPa， the running cost is 1.017 yuan per cubic meter， the index of recycle water can reach the urban recycling water quality standard.
【关键词】黄河口地区；城市污水；再生水；超滤；反渗透
【Keywords】Yellow River Estuary area；urban wastewater；reuse water；ultrafiltration；antiosmosis
【中图分类号】X703.1 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2018）04-0194-03
1 引言
黄河口地处黄河入海口的三角洲地区，地下水较浅，且地下水矿化度较高，一般在5～20g/L[1]，容易渗入渠道收集的城市污水中，使城市污水的氯离子含量在1000～5000mg/L之间。黄河口地区的污水处理工艺均为生化处理，难以去除水中氯离子，致使处理后水中氯离子含量偏高，限制了再生水的回用范围。黄河口地区某城市污水处理厂的出水水质：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、浊度：0.9、大肠菌：800个/L、氯离子：2212 mg/L、硫酸盐：493mg/L、铁：<0.12 mg/L、锰：<0.01 mg/L、阴离子表面活性剂：<0.05 mg/L、总溶解性固体：1419 mg/L、石油类：0.01mg/L，对照《城市污水再生利用绿地灌溉水质》（GB25499-2010）、《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB18920-2010）、《城市污水再生利用景观环境用水水质》（GB18921-2002）、《城市污水再生利用工业用水水质》（GBT 19923-2005），只有氯离子和总溶解性固体超出了绿地灌溉水质、城市杂用水水质、工业用水水质的标准，限制了再生水的回用范围。目前，黄河口地区城市污水厂的再生水只能直接回用于景观用水，因此，需要对黄河口地区的城市污水厂的出水进一步处理，降低水中的盐类物质含量，使黄河口地区的再生水发挥更大更广泛的作用。
2 城市污水的再生工艺概况
在黄河口地区某污水厂开展了再生回用工程试验项目，该地区城市污水厂处理工艺采用“曝气沉砂池+AAO生物反应池+二沉池+高密度沉淀池+V型滤池+紫外线消毒池”，出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的一级A标准，再生处理后全面达到城市污水再生利用的各项水质标准。
2.1 设计水质
黄河口地区城市污水厂的一级A出水与《城市污水再生利用绿地灌溉水质》（GB25499-2010）、《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB18920-2010）、《城市污水再生利用景观环境用水水质》（GB18921-2002）、《城市污水再生利用工业用水水质》（GBT 19923-2005）进行对比，只有氯化物、溶解性总固体（TDS）、硫酸盐、总硬度四项指标不满足其回用水水质要求，如表1所示。
2.2 中试工艺设计
因为黄河口地区城市污水的再生回用工程的控制指标主要是一价、二价的盐类物质，所以，双膜法为再生水回用工程的首选工艺，其工艺流程如图1所示。
2.2.1 超滤系统
采用浸没式超滤系统，包括保安过滤器、进水泵、超滤膜池、清洗系统、產水泵及控制仪表六部分。
采用浸没式中空纤维超滤膜，外压式过滤，原水在膜丝内流动，滤后水经膜丝过滤后流至膜外，在膜丝内积存的污染物质通过较高流量和较高压力的水流带走，为保证膜的过滤性能，过滤同时进行空气擦洗，且系统30分钟进行一次气水联洗，反洗液由内向外反向清洗，45s气水洗45s水洗。每天进行一次化学清洗，化学清洗时投加31%的盐酸或10%的次氯酸钠。超滤系统产生的废水回到厂内污水管网。
主要设备参数：设置一组超滤膜池，膜池容积为6m3，正常运行液位为2.1m，处理规模6m3/h，设有6支超滤单元，膜组件参数：外形尺寸？覫160×1800mm，膜材料为聚偏氟乙烯（PVDF），膜丝内径/外径为0.7mm/1.2mm，膜丝平均孔径为0.03μm，设计通量为29L/m2·h，膜面积为35m2。一台进水泵9.6m3/h；一台网格过滤器；一台产水泵兼作反洗水泵9.6m3/h；一台鼓风机75m3/h；两台加药泵50L/h，一台投加阻垢剂，一台根据进水ORP投加还原剂。在线监测仪表有超滤进水浊度计、出水浊度计、进水pH计、进水流量计、产水流量计。2个直径1m高1.1m的储水箱，一台150L/h回用供水泵。 2.2.2 反渗透系统
反渗透系统采用1级2段式工作模式，包括保安过滤器、高压泵、反渗透膜组、清洗系统及控制仪表五部分。
采用陶氏BW30-400反渗透膜，根据跨膜压差投加药剂进行化学清洗。反渗透系统产生的废水回厂内污水管网。
主要设备参数：设置3支反渗透单元，膜组件参数：外形尺寸？覬201×1016mm，膜片采用聚酰胺复合膜，单支元件有效膜面积为37m2，产水量40m3/d，最高操作压力为41bar，最高压降1bar，最大进水流量19m3/h，最大进水SDI为5，PH范围为2～11。一台保安过滤器4m3/h、一台增压泵250L/min、一台高压进水泵12m3/h、两台加药泵7.6L/h。在线监测仪表有进水氧化还原电位（ORP）、进水电导率、出水电导率、保安过滤器的压力、高压泵前压力、高压泵后压力、RO产水压力、浓水出水压力、产水流量计和浓水流量计。2个直径2米高2米的储水箱，一台3m3/h回用供水泵。
3 中试运行结果
由于超滤对氯离子没有去除效果，而反渗透对氯离子的去除率非常高，远远高于回用标准，因此，为了减少运行成本，将超滤和反渗透的出水进行混合，使出水满足回用要求。
3.1 超滤运行结果
超滤单元按最佳工况参数设计运行，工况参数如表2所示。
经过超滤膜处理后的出水水质如表3所示，出水氯离子和溶解性固体（TDS）基本没有变化，大肠菌可以降低到3000个/L，SDI和PH都达到反渗透膜的进水水质要求。
3.2 反渗透运行结果
反渗透单元的运行工况如表4所示，产水电导率在100μS/cm以下，脱盐率大于98%，回收率为50%。
经过反渗透处理后的出水水质如表5所示，出水氯离子小于130mg/L，出水溶解性固体（TDS）小于120 mg/L，大肠菌去除率100%，出水硫酸盐小于15mg/L，远优于表1中回用水水质要求。
3.3 运行成本
超滤工艺每天一次维护性化学清洗，间隔使用浓度10%的次氯酸钠和浓度31%的盐酸，次氯酸每天投量为0.52t，盐酸每天投量为2.69kg。反渗透工艺投加阻垢剂和亚硫酸氢钠还原剂，还原剂是使RO进水ORP维护在0～200范围内，中试工艺的RO进水ORP始终维持在29～165，没有投加还原剂；阻垢剂平均每天投量为259g。药剂价格：盐酸4元/L，次氯酸钠2.8元/L，复合阻垢剂24元/L，单方水药费0.391元。单方水电耗0.9334kWh，电价0.66元/ kWh，单方水电费为0.616元，每天运行费88.85元。
4 中试再生水的回用
4.1 回用水质与水量
按氯离子最不利情况考虑，将RO出水与超滤出水按20：1比例混合后，供厂内自用水。RO产水量为2.7m3/h，按20：1的比例，与超滤出水0.12m3/h的量进行混合，合计供水量为2.82m3/h。混合后的水质情况如表6所示，也可以达到表1中回用水水质要求。
4.2 回用工程
污水厂内有高密池助凝用PAM（-）和污泥脱水用PAM（+）需要将固体药粉配制成0.5‰和2.5‰的药液，由中试工程的20：1的混合水取代自来水配药。
4.3 回用效益
污水厂内有高密池助凝用PAM（-）的平均每天投加量為0.016t，用水量为32t。污泥脱水用PAM（+）平均每天投加量为0.033t，用水量为13t。合计厂内每天配制这两种药剂的自用水量为45t，厂内自用水价格为4.7元/方，每天可节约212元水费。
5 结论
黄河口地区的城市污水氯离子含量高，硫酸盐和溶解性固体浓度也超出城市杂用水和绿地灌溉用水的标准，采用浸没式超滤+反渗透组合进行中试，超滤回收率90%以上，反渗透回收率50%，进膜压力1.3MPa时，运行成本1.017元/m3，可使回用水指标达到所有回用水的水质要求。
【参考文献】
【1】徐金平，初建，王思国. 黄河三角洲地区湿地生态变化与保护[J].华东科技：学术版， 2013（12）：146.