摘要：中国城市缺水情况严重，阐述了污水再生回用对缓解城市用水量大与水资源短缺的意义，探讨了污水处理的技术，以此为基础介绍了反渗透膜技术这一当前常用的污水处理技术，以某中水回用工程的建设为例探讨了反渗透膜工艺的关键单元作用以及特点，对其运行效果进行考察，证实反渗透膜工艺运行稳定，产水指标可满足用水要求，其具有良好的运行效益，对缓解城市用水与缺水矛盾具有重要的现实意义。
关键词：城市污水；反渗透膜；中水回用；预处理系统
缓解水资源短缺要从节水与寻找新的可用水资源出发，前者是指要节约用水，尤其是要提高水工业用水利用率；后者最具有可行性的措施是污水再生利用。污水回用的含义是处理工业污水及生活污水并将其作为市政、农业及工业用水以及地下水回灌的水源，这一方法是解决缺水问题比较经济、简单的途径[1]。
1污水再生回用的意义及处理技术
1.1污水再生利用的意义。污水再生利用能减少水资源的浪费，还能节约排污费用。污水来源成本低，容易收集，基建投资要求不高，因此可以用于解决中国水资源分布不均衡的现状。污水再生利用可节约水资源，也能保护水源，减少水污染，缓解当前地下水资源短缺与用水量大的矛盾。污水再生处理后转变为可以利用的水资源，这对缓解水资源紧缺现状、保护环境以及促进国民经济可持续发展均具有深远影响。
1.2污水再生处理的技术。污水再生回用的实现需要多种技术的配合，有一级处理、二级处理以及深度处理。从作用机理上划分，可将污水处理技术划分为化学法、物理法、物理化学法以及生物化学法等。污水处理需要合理组合数种污水处理技术，当前常用的包括混凝沉淀、过滤、消毒、活性炭吸附、厌氧及好氧生物处理等。以往污水回用处理的目的在于达标排放，因此主要是根据污染物处理符合标准来进行工艺流程的设计，当前污水回用处理的目的在于综合利用水，这就要求集成、综合现有技术从而实现目标[2]。
2反渗透膜技术
电子、制药以及饮料等行业对回用污水中的含盐量要求比较严格，因此要进行深度处理。全离子交换法是水处理中比较常用的除盐方法，这一方法的工艺技术以及设备都已经成熟，但是当污水中含有大量盐时，此时如果仍然采用离子交换法，受到污水含盐量高、再生频繁、运行周期短、酸碱消耗量大等因素的影响，运行费用将会明显增加。反渗透的过程可以简单描述为：只允许溶剂（水）通过，不允许溶质通过的半透膜，实现咸水与纯水的分隔，纯水一侧的水分子通过膜透过咸水一侧，从而增高咸水一侧的液位直至到达一定高度，这一过程被称为渗透过程。当渗透实现动态平衡时，半透膜的两侧存在压力差或者水位差，这是一定温度下的溶液渗透差。对咸水一侧施加压力，当超过溶液的上渗透压时，此时水分子从咸水中透过半透膜，这一过程被称为反渗透过程[3]。
3反渗透膜处理系统的组成及应用
某热电厂为了解决发电成本增加及用水压力增加的问题，决定建设中水回收项目。主要内容是建立规模为9600t/d的污水回用装置，将附近污水处理厂的达标排放污水经预处理后排放至反渗透系统，产水一部分用于循环冷却，一部分用于锅炉补给。
3.1工艺流程。该项目的工艺流程如图1所示，反渗透单元的预处理系统包括生化单元以及两级过滤单元。
3.2预处理系统的作用及组成。3.2.1预处理系统的作用。预处理系统的作用在于将氨氮、油、COD、悬浮物等杂质去除，通过过滤、混凝等处理即可满足这一要求。反渗透系统对水质要求较高，因此要合理进行预处理，以便于反渗透装置得以长期稳定、安全地运行。预处理的作用包括预防膜表面结垢、预防膜表面污染、预防膜免受化学损伤及机械损伤。部分预处理水会应用于循环冷却水，因此要注意预防循环冷却水出现结垢、腐蚀、污堵以及生物繁殖等。3.2.2预处理系统的组成。3.2.2.1生化单元。由于该污水处理厂的二级污水中较少含有可降解的有机物，考虑到接触氧化法处理污染程度不严重的污水中的氨氮、浊度、锰、铁等效果均比较良好，因此采用了接触氧化工艺，建设氧化塔。氧化塔的数量共计4座，停留3h，气水比为10∶1，曝气量为15m3/h。塔高14m，这主要是为了节省占地面积，同时利用深井曝气的原理将氧气的停留时间延长，进而充分氧气。塔内填充的立体填料可吸附水中的小气泡，其中弹性丝具有连续切割气泡的作用，进而加快氧气转移，提高充氧效率。组合填料不容易堵塞、纠缠。两种填料按照1∶1的配比填充，同时具有耐冲击、容易挂膜、产泥量小、充氧效率高的特点。斜板沉淀池共计2座，为并联运行，单池的有效容积420m3，停留时间3h，絮凝剂为聚合氧化铝，投药量15.6mg/L。3.2.2.2两级过滤单元。纤维束过滤器与石英砂滤池组成两级过滤单元。纤维束过滤器数量共5个，为并联运行，运行压力为0.34MPa，过滤速度为28～36m/h，反洗周期为24h，反洗方式为气水联合，单位体积滤料的截污量为5～10kg/m3。石英砂滤池过滤器数量共6个，为并联运行，过滤速度为5m/h，反洗周期为72h，反洗方式为气水联合，单位体积滤料的截污量为2～4kg/m3。沉淀池出水提升后与加入的NaClO均匀混合，进入纤维束过滤器过滤以去除有机物及悬浮物。纤维过滤器出水后，经石英砂滤池作进一步处理，进而确保预处理效果。3.2.3反渗透单元。由于使用了NaClO作为消毒剂来消杀进水，这造成预处理系统出水有一定残余氯，但是反渗透单元的滤膜对余氯量要求严格，因此水经过保安过滤器之前还要加入NaHSO3作为还原剂来将残余氯去除，之后水才能经保安过滤器及高压泵进入反渗透膜。反渗透单元由反渗透组件、高压泵、保安过滤器以及膜冲洗系统、自动控制系统以及药剂投加系统组成。反渗透膜组件为聚酰胺复合膜，其并不提高膜通量，而是增加有效膜面积，从而增加产水量，具有污堵慢的特点，能确保膜元件稳定、长期地高产水量运行。
3.3运行效果。反渗透的工艺特点要求进水质量必须较高且稳定。系统运行1年时间内，反渗透膜预处理的稳定性及运行效果测试显示，残余氯含量接近0，浊度小于0.1NTU，SDI在3.2～4.0之间，整体上可满足要求。投产运行1年后发现反渗透膜的产水电导增加，运行压差增加，因此及时进行首次膜清洗，经清洗后运行恢复。监测结果显示，RO系统掺水的各项指标均满足回用水水质要求。
3.4运行效益分析。投资共计2850万元，设计日处理水量为14400t，每日产水量为9600t。污水处理厂出售中水为0.48元/t。据此计算，每年增加收入在230万元左右。该项目每年回用城市污水处理厂的二级出水约475万t，明显提高了城市的污水回用率。除此之外，每年减少约163t总氮排放量，氨氮约占130t，减少约307tCOD的排放，其具有显著的环境效益。该中水回用装置的处理成本为2550元/t，以每年累积运行时间330t计，每年的污水处理费用约为845万元。按照当地工业用自来水的价格4.1元/t计算，每年节约自来水费用在1300万元左右。同时，自来水被反渗透产水代替后，锅炉补给水处理每年节约成本约为245万元。理论上每年可减少支出700万元，运行4年即可收回成本。污水处理厂达标出水具有价格优势，可以出售给其他用户，这能为降低用水成本、增加收入提供助力。
4结束语
当前的水处理正向着采用膜技术来完全解决分离与过滤问题的方向发展。反渗透膜工艺处理城市污水的效果显著，具有工艺简单、投资少、污染少、效率高、能耗低的优势，容易实现自动化操作，维护难度也比较小。可以预见，城市污水处理中，反渗透膜技术将发挥越来越重要的作用。
参考文献：
［1］何建龙.造纸废水中水回用工程实例［J］.节能与环保，2019（11）：73-74.
［2］段小冰.反渗透膜在中水回用中的污染分析及运行管理［J］.冶金动力，2019（8）：71-74.
［3］马云龙.浓盐水减量化装置在钢铁工业中的应用［J］.科技视界，2018（15）：18-19.
作者:刘陈 单位:赛恩斯环保股份有限公司