膜技术在污水深度处理回用中的应用研究

宫成清 罗丹 李新鑫

（1. 沈阳兹园环保科技有限公司，辽宁沈阳 110167；2. 辽宁大学，辽宁沈阳 110066）

1 引言

目前污水深度处理回用是解决水资源短缺的一种有效方式，在发达国家已经得到普遍的重视并大力推广。膜技术在污水处理回用工艺中起着很重要的作用，污水通过膜分离技术进行回用，在充分利用水资源的同时还能够产生良好的经济效益，减少污染物外排，降低环境污染，保护环境。

2 污水回用标准及其途径

2.1 污水回用标准

污水在进行深度处理后能够实现二次使用，而且各种回用水都有其各自的处理规定。现阶段，再生水主要用于市政杂用水、娱乐景观用水等，具体的回用标准为：

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

工业用水：色度≤30；浊度≤5NTU；BOD5≤10 mg/L；CODCr≤60 mg/L；总磷≤1.0 mg/L；氨氮≤10 mg/L；溶解性固体≤1 000 mg/L。

农、林、牧业用水：色度≤30；浊度≤10 NTU；BOD5≤10 mg/L；CODCr≤60 mg/L；氨氮≤10 mg/L；溶解性固体≤1 000 mg/L。

市政杂用水：色度≤30；浊度≤5 NTU，分类考量；溶解氧≥1 mg/L；BOD5≤10 mg/L；氨氮≤10 mg/L；溶解性固体≤1 000 mg/L。

景观类用水：色度≤30；浊度≤5 NTU；溶解氧≥1.5 mg/L；BOD5≤4 mg/L；CODCr≤30 mg/L；氨氮≤10 mg/L；溶解性固体≤1 000 mg/L。

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

由于回用范围逐步扩大，目前对有机物类、微生物等方面的控制指标提出了全新的规定。

2.2 污水回用途径

回用水根据水的用途来确定处理工艺，根据要求不同采用如下几种工艺：

中水回用：二级污水厂出水-混凝沉淀-砂滤。

针对水中难降解有机物：二级污水厂出水-混凝沉淀-砂滤-活性炭过滤。

深度回用：二级污水厂出水-混凝沉淀-砂滤-预处理-纳滤（反渗透）。

3 污水再生处理技术和回用方式

3.1 污水再生处理技术

污水完成二级生化处理后所开展的再生处理，要根据水质和回收用途来决定采用哪种处理形式，而每种回收用途均具有处理工艺上的局限。如在工业领域，再生水能够用在锅炉冷却工作中，但其污水进行回收时很有可能出现腐蚀、污垢等问题；在农业领域中，通过再生水进行灌溉，会被各种因素所制约，具体表现在回用水中所含有的细菌会附着于农作物上，特别是一些重金属物质会对农作物造成很大的破坏［1］。总之，进行再生水处理要有严谨的工作态度，如果操作出现失误，原水体质量便会降低，同时水体里面含有的毒性有机物会危害到人们的身体健康。目前所采用的深度处理工艺并不能彻底打破这些限制，所以有必要对工业结构进行优化，或者采用膜法，不但能够达到良好效果，并且还可以突破回用的局限性［2］。

二级生化处理的常规处理工艺流程为：预处理-好氧活性污泥法-二沉池-出水；强化脱氮除磷处理工艺为：预处理-好氧-缺氧/厌氧组合活性污泥法-二沉池-出水。而传统深度处理工艺流程为：二级出水-混凝沉淀/砂滤/生物活性炭-消毒-出水；耦合膜法深度处理工艺流程为：二级出水-混凝沉淀/砂滤/微滤-超滤/纳滤-消毒-出水。

3.2 污水处理回用方式

二级生化处理的出水水质：COD≤60 mg/L；BOD ≤20 mg/L；氨氮≤15 mg/L；粪大肠菌群数≤1×104个/L。污水回用方式为绿化、消防、景观以及农牧业等用水。

强化脱氮除磷的出水水质：COD≤50 mg/L；BOD≤10 mg/L；氨氮≤5 mg/L；总氮≤15 mg/L；粪大肠菌群数≤1×103个/L。污水回用方式为绿化、消防、景观、农牧业等用水。

传统深度处理出水水质为：COD≤30 mg/L；浊度≤5 NTU。污水回用方式为绿化、景观、清扫、建筑施工、冲厕、消防等用水。

耦合膜法深度处理出水水质为：BOD≤5 mg/L；氨氮≤1 mg/L。污水回用方式为地下水回灌、除饮用水外的直接接触用水，接近地表Ⅳ类水。

4 传统深度处理工艺与膜处理技术的优点和不足

以污水处理二级出水情况为标准，尽管出水水质达到了规定要求，但因通常采用活性污泥法进行处理，易形成难以清除的有机物，脱氯除磷的效果不是很理想，且在具体的操作上也不是很完善。污水再生回用处理首先要在进行二级处理期间，对于一些不容易降解的污染物质以及难以通过细菌学标准彻底清除的物质，采用合适的深度处理形式，以满足相关领域对于水质量的规定。

现阶段主要的污水深度处理组合工艺为二级出水+膜法深度处理。二级出水对有机物进行处理时，普遍会使用生物活性炭吸附的方式，无需投入较多的成本，其不足在于吸附后很有可能产生饱和，之后再经过反复的吸收-脱附，会大幅度降低活性炭的使用时间，提升更换率，在此过程中会投入大量的经费，所以并没有普遍应用于污水回用工作中。混凝沉淀法会对二级出水里所有的有机物、总磷等进行全面清除，无需投入较多的经费，缺点在于难以清理掉氨氮，且放入混凝剂后会导致泥量增多，加大污泥处理量。臭氧氧化反应非常迅速，具有极好的氧化处理能力，但在完成臭氧处理后，水质不具备理想的生物性，无法储存臭氧，甚至还要清理尾气，从而需要投入相当多的经费［3］。膜分离技术在对各种用途的水进行处理后，出水水质极佳，可全面清理病菌，并且该工艺占地面积小，管理比较方便，更为重要的是能够进行自动化管控。此外，在完成处理后，能够扩大水的用途范围。但在进行膜分离时，膜污染现象十分严重，不仅会造成能源大量的消耗，还需要投入大量的经费用于基建［4］。由于近几年加大了对膜污染的研究力度，使得成本投入量逐渐减少，这是以往所采用的深度处理工艺所无法比拟的，因此，膜分离技术具有广阔的发展前景。

5 膜分离技术的使用现状

5.1 微滤技术

在粗过滤、清理颗粒性物质时一般会采用微滤技术，此项技术能够拦截少量的细菌。

污水回收使用微滤技术，主要是通过浸入式连续微滤膜装置对污水采取深度处理和回用［5］，出水水质中对SS 平均清除率最优，出水始终低于0.7 mg/L，清理有机物的效果并不是很理想，特别是对氨氮的清理几乎没有效果，完成出水消毒后，只可以用于绿化。

5.2 超滤技术

超滤技术的主要作用在于能够拦截溶液里具有溶解性的大分子溶质，充分利用小分子溶质，将一些溶解性有机物进行拦截。在进行污水深度处理期间采用UF 膜技术，能够清理掉二级出水里的细菌，减少出水浊度，同时能够拦截有机物，保证得到理想的出水水质。

我国现已对超滤技术进行了升级改造，目前主要是以“超滤+臭氧氧化”的方式进行二级出水处理，然后用作公园水景的补给水源。因为二级出水的构成比较复杂，所以即便在对二级出水处理时采用超滤技术，还是会在某些方面不符合规定要求，为此可以采用微滤当作预处理单元，就能够保证回用系统非常平稳安全地运行。一些国家已开始通过膜法深度处理技术对二级出水实施处理，主要是为了能够获得质量有保证的水源，以此改善水资源匮乏的窘境，而具体的工艺是以“UF+RO”技术为主。

5.3 纳滤技术

在处理饮用水、工业废水时，主要是采用纳滤技术。因为纳滤膜的孔径在超滤与反渗透之间，操作起来要比反渗透更加容易，同时纳滤在拦截能力上要强于超滤技术，所以其前景被看好，近些年来纳滤膜在二级污水深度处理上获得了普遍的使用。但若膜孔径大，污染物能够轻松被膜孔所吸收，膜孔就会被堵住，进而导致膜受到破坏。

在使用纳滤技术过程中，为确保纳滤单元安全平稳地运行，一般情况下会对前端进行预处理，目的是避免膜受到破坏。混凝沉淀、活性炭吸附等是以往所采用的预处理形式，近些年由于大孔径膜技术越来越完善，微滤和预处理单元以及纳滤共同构建成双膜法处理技术［6］。

在纳滤技术的使用方面，我国部分石油企业的污水处理厂以A/O 工艺为基础，加设了集“混凝气浮”“BAC”“纳滤”为一体的深度处理，能够全面处理掉盐，可用作绿化、冷却水循环等方面［7］。

5.4 反渗透技术

在海水、苦咸水淡化处理中，普遍会使用反渗透技术。由于污水回用技术的进步明显，使得目前的反渗透技术能够清理掉回用水里的盐，使水质达到规定标准。

反渗透技术是渗透的一种反向迁移运动，主要是利用半透膜的选择作用，把溶液里的溶质和溶剂隔开，孔径要在5～10 Å 的范围内，当前已被普遍使用到对液体的提纯当中。而在污水处理回用方面，通过反渗透技术能够把水中的有机物、细菌等全面处理掉，进而提升水的质量。

在进行再生水回用中，主要采用的是反渗透+微滤/超滤的双膜法，取代以往的预处理形式，从而使工艺更为简便，并且能全面清除水里的污染物。利用反渗透技术对出水进行处理回用，主要是为了让再生水的质量达到生活、生产用水的标准。目前国内的一些回用水项目中水处理量已经达到了40 万t/d，并以超滤-反渗透-UV 系统工艺为主。因此，反渗透技术用于污水回用中，能够大幅度提升再生水质量，其已经逐步在污水回用项目中得到更多的推广使用，具有非常好的前景。

6 结语

通过对膜分离技术和传统的深度处理工艺的比较发现，膜分离技术保证了回用水水质要求，不但能够降低对环境的破坏程度，还能够满足对用水要求越来越高的行业的需求，进而达到节省和保护水资源的目的。污水再生回用能够产生良好的社会、环境收益，但膜分离技术在使用期间，要根据原水水质、回用要求以及投入经费等方面情况，采用适合的膜类型。