微絮凝超滤再生水补充景观水体的试验研究

周友新

(盐城工学院土木工程学院，江苏盐城224051)

微絮凝超滤再生水补充景观水体的试验研究

周友新

(盐城工学院土木工程学院，江苏盐城224051)

以北小河污水处理厂二级处理出水为原水，经微絮凝超滤深度处理后对景观水体进行补水，对超滤工艺再生城市污水补充景观水体的可行性进行考察，研究结果表明，微絮凝超滤对浊度、总磷等处理效果显著，但对色度、CODCr等处理效果不理想，故微絮凝超滤再生城市污水不能回用于娱乐性景观水体的补水。

超滤;微絮凝;景观水体

随着人类社会经济的发展和城镇化进程的加快，城市水资源日益紧张，而有限的水资源又受到水污染的严重威胁，为避免水危机的进一步深化，必须对污水进行深度处理，使再生水成为稳定的城市水源。近几年，将城市污水处理后回用于喷洒道路、农田灌溉、冲厕、绿化景观、补充地下水等已越来越普遍，北京、天津、沈阳、太原、青岛和大连等城市相继建设了污水回用工程。污水的再生回用在缺水地区及干旱年份更是必不可少，同时污水的再生利用也减少了污水对水环境的污染负荷。本文对污水厂二沉池出水经过微絮凝超滤处理，补入污水处理厂现场32 m2的实验水池，考察超滤膜对污水的深度处理效果，同时对超滤再生水补充景观水体的可行性进行研究。

1 实验设计

北小河污水处理厂采用普通活性污泥法处理工艺，其出水水质有一定的波动。本试验取北小河污水厂的二级出水进行直接超滤再生处理，采用国产(海口立升公司提供)平均截留相对分子量为100 000 Da的超滤膜，材质为改性PVC，采用恒通量过滤方式，加压方式为内压式。操作参数如下:通量2 m3/h，过滤15 min后进行水力清洗，其清洗的程序是用原水正冲15 s，再用滤后水反冲30 s，最后再用原水正冲15 s。原水在进入膜组件前先经过以色列Arkal公司生产的100～200 μm叠片式过滤器来进行预处理，以防止大的颗粒阻塞膜孔。经过长期的连续运行后，流量衰减明显而水力冲洗不能恢复膜通量时对膜进行化学清洗，清洗剂为0.5%的NaOH和20 mg/L的NaClO混合溶液。实验设计的工艺流程如图1所示:

图1 实验工艺流程

实验中用到的分析仪器有:紫外可见分光光度计、sp－1105型可见分光光度计、HH－Ⅲ型化学耗氧量测定仪、WGZ－100型散射式光电浊度仪等。

2 实验结果及分析

2.1 浊度

浊度是衡量水的光透射率、标示排放废水以及天然水水质在胶体和残留悬浮物等方面的一项指标。浊度是由于水中含有泥沙、粘土、有机物、无机物、浮游生物和微生物等悬浮物质所造成的。悬浮颗粒和胶体是堵塞超滤膜的主要因素，也是造成SDI(膜污染指数)值超标的主要原因。由于北小河污水处理厂的出水水质变化较大，所以悬浮颗粒和胶体的成分也有较大差异，主要包括细菌、黏土、腐殖酸等物，以及预处理系统中投加的絮凝剂。污水中胶体较难处理，大多数胶体因带有同性电荷而相互排斥，悬浮于水中。胶体的去除，可以通过在原水中投加絮凝剂，经有效地混合再通过UF膜除去形成的微絮凝体。图2所示为UF出水浊度及其去除率变化情况。试验运行期间，原水的浊度为2.95～16.7 NTU，投加的絮凝剂为聚铝和聚铁，超滤出水的浊度为0～0.6 NTU，平均浊度为0.01 NTU。可见尽管原水的浊度变化较大，但是超滤出水的浊度非常稳定，大多数情况下浊度为零。在装置运行的大部分时间里，浊度去除率一般稳定在95%。这是由于超滤膜的孔径较小，仅为0.01 μm，在投加一定量絮凝剂情况下，超滤膜即可截留了水中几乎全部的胶体和悬浮颗粒物等。对二级处理出水和超滤再生水的浊度比较结果如图2所示。

2.2 色度

过高色度的废水常给人以不愉快感，排入环境后又使天然水着色，减弱水体的透光性，影响水生生物的生长。图3给出了超滤膜对二沉池出水中色度的去除情况。

图2 UF膜对原水的浊度去除情况

图3 UF膜对原水色度的去除情况

从图3可以看出，无论使用哪种絮凝剂，其色度的去除率都在40%左右，效果不是很明显。

2.3 CODCr

水体的富营养化除了主要限制因子氮和磷外，藻类的生长还需要一定量的有机物质及适宜的温度;所以利用再生水对景观水体进行补水时，除了控制氮磷的输入还要控制有机物质的输入，而CODCr是一种常用的表示废水中有机物的方法，所以在本实验中，我们通过测定水中CODCr的量及其去除情况来表示废水中有机物的去除情况。

从图4可看出，聚合氯化铝投加量为15 mg/L的情况下，其去除效果比其余几种投加量的效果好且有较稳定的去除率，从图中可知在不同聚合氯化铁投加量的情况下CODCr在聚铁投加量为10 mg/L时，其CODCr的去除率是最高的。

由此可知，在用直接微絮凝超滤法对污水厂二沉池出水进行深度处理时，为去除水中的CODCr，聚铝的最佳投加量是15 mg/L，此时CODCr的去除率在30%左右，聚铁的最佳投加量为10 mg/L，此时CODCr的去除率同样在30%左右。

图4 UF膜对CODCr的去除

2.4 总磷

磷是生物生长必需的元素之一，但是水体中磷含量过高，即超过0.02 mg/L时，在其它条件合适时，可造成藻类的大量繁殖，直至数量上达到有害的程度，造成湖泊、河流透明度降低，水质变坏，也就是水体的富营养化，因此磷也是评价水质的重要指标。

磷是第一位限制因子，通过限制水体中限制性因子可以抑制藻类的生长，所以在对污水再生处理并用于景观水体的补水时，通过超滤系统加药去除限制性营养盐总磷，可以达到控制藻类的目的。在本实验中重点考察了超滤膜对总磷含量的去除，其去除情况如图5所示。

从图5可以看出，磷的去除随着絮凝剂量的增加逐渐提高，当絮凝剂投加量超出某范围后，其去除效果反而下降，由此可以看出，絮凝剂聚铝的最佳投加量应为15 mg/L。

2.5 总氮

根据王晓昌等［2］对城市生活污水的测定及分析可知，城市生活污水中NO3－N和NO2－N浓度几乎为零;因此无机氮仅以NH3－N的形式存在，而且城市生活污水中无机氮浓度高于有机氮，溶解性和悬浮性氮在有机和无机氮中几乎占同样的比例。经过污水处理厂二级处理后，出水中NO2－N几乎为零，含有有机氮、NH3－N和NO3－N，NO3－N应该是污水厂脱氮工艺过程中有机氮以及NH3－N硝化产物。

由下页图6可知，不同絮凝剂对总氮的去除效果均不显著，且随着絮凝剂量的增加，总氮的去除也没有明显提高，由此可知微絮凝超滤工艺对原水中总氮的去除不能达到要求。根据王晓昌［2］等对生活污水中污染物的研究知道，生活污水中溶解性氮浓度远远高于悬浮性氮，而悬浮性的氮通过一级处理或强化一级处理大部分可以去除。通过污水厂的二级处理后，出水中的氮大部分为溶解性的氮，超滤膜对总氮的去除，主要是絮凝吸附为主，而絮凝吸附主要去除原水中少量的悬浮性和大分子有机氮，对原水中小分子氮的絮凝吸附作用甚微，而超滤膜的截留分子量较原水中的氮的分子量大，故其去除效果不佳。

2.6 大肠菌

国家环境保护总局对景观环境用水的再生水水质指标有明确的要求(GB/T18921－2002)，指标中对大肠菌和粪大肠菌均有严格要求，本实验中也对这两个指标进行了分析，结果如下页图7所示。

图6 UF膜对总氮的去除

图7 UF膜对大肠菌的去除情况

从图7中可以看出，超滤膜对总大肠菌及粪大肠菌的去除率几乎接近100%，我们可以认为用超滤再生污水时，再生回用水中大肠菌符合景观环境用水的再生水水质控制指标(GB/T18921－2002)中观赏性景观环境用水标准(2 000个/L)，但不满足娱乐性景观环境用水中水景类对再生水回用标准的要求(不得检出)。

3 结论与建议

①该污水处理厂的二级出水如果直接回用于景观水体，其出水水质不能满足推荐的景观水水质要求，因此二级出水必须经深度处理后才能回用于景观。②一定的絮凝剂投加量的情况下，直接微絮凝超滤工艺对水中磷的去除可以达到98%以上。③直接微絮凝超滤工艺对水中CODCr的去除只有30%左右，效果不明显。④微絮凝超滤工艺不适宜用于去除原水中总氮。⑤微絮凝超滤工艺对水中大肠菌并不能完全达到100%的去除，如超滤出水直接用于娱乐性景观用水需进行消毒处理。

［1］鲍宪枝.大旱后对缺水城市的思考［J］.给水排水，2001，27(3):16－18.

［2］王晓昌，金鹏康，赵红梅，等.城市生活污水中的污染物分类及处理性评价［J］.给水排水，2004，30(9):38－40.

［3］侯瑞波，陈晔.中水回用的处理工艺［J］.建筑技术开发，2002，29(10):39－40.

［4］王鹤立，陈雷，程丽，等.再生水回用于景观水体的水质标准探讨［J］.中国给水排水，2001，17(12):31－35.

［5］陈立，王启山，邱慎初，等.《城市污水再生利用景观环境用水水质》国标制定过程中的若干问题研究［C］.全国城市污水再生利用经验交流和技术研讨会论文集，天津:2003，10.

［6］李健，李富元，关代宇，等.天津开发区“双膜法”污水再生回用工程［J］.中国给水排水，2003，19(4):96－97.

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1003－3467(2010)20－0022－04

2010－09－21

周友新(1971－)，女，从事污水处理研究工作，电话:13805107952。