CN102408165A

CN102408165A - 一种达标市政污水深度回用的方法

Info

Publication number: CN102408165A
Application number: CN2010102917905A
Authority: CN
Inventors: 李井峰; 李正琪; 谢梓峰; 杨永强; 张新妙
Original assignee: Sinopec Beijing Research Institute of Chemical Industry; China Petroleum and Chemical Corp
Current assignee: Sinopec Beijing Research Institute of Chemical Industry; China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2010-09-26
Filing date: 2010-09-26
Publication date: 2012-04-11

Abstract

本发明涉及一种达标市政污水的深度处理方法。所述的达标市政污水深度处理工艺包括絮凝沉淀、杀菌、碟片过滤、浸没式超滤、反渗透几个步骤。反渗透产水水质达到回用要求。反渗透浓水与其他大量达标污水勾兑后排放或进一步处理达到排放标准。由于超滤反渗透系统具备自动清洗功能，抗污染能力强，对于达标市政污水无需进一步生化处理，仅需投加少量絮凝剂和非氧化性杀菌剂，膜系统化学清洗周期长，运行成本低。

Description

一种达标市政污水深度回用的方法

技术领域

本发明涉及一种污水回用的方法，更具体地说，涉及一种达标市政污水深度回用的方法。

背景技术

近年来，水资源的紧缺已经成为困扰我国经济社会发展的突出问题。特别在人口众多的城市，一方面是水资源的高度紧张，另一方面是生产生活产生了大量的污水给生态环境造成严重威胁。将废水经达标处理和回用处理后回用于生产系统或生活杂用被称为污水回用。污水回用的范围很广，从工业上的重复利用水体的补给水和生活用水。污水回用既可以有效地节约和利用有限的和宝贵的淡水资源，又可以减少污水或废水的排放量，减轻水环境的污染，还可以缓解城市排水管道的超负荷现象，具有明显的社会效益、环境效益和经济效益。

市政污水是城市和建制镇排入城市排水系统的水的统称，包括生活污水、生产废水和在合流制排水系统中截流的雨水。市政污水的量一般较大，可达每日万吨级以上。经处理后一般达到国家一级或二级排放标准，排入河道或海洋。城市污水对于缓解缺水城市水资源短缺，降低城市水源污染具有重要意义。

2010年全国城市排水量将达到600×10⁸m³，全国设市城市的污水平均处理率不低于50％，重点城市污水回用处理率70％。这就给污水回用创造了基本条件。全国污水回用率如果平均达到20％，年回用量可达40×10⁸m³，是正常年份年缺水60×10⁸m³的67％，即通过污水回用，可解决全国城市缺水量的一多半，回用规模及回用潜力之大，足可以缓解一大批缺水城市的供水紧张状况。

目前市政污水回用，大部分是作为中水回用于景观水，或工业冷却循环水。在很多地区，由于污水中含盐量高或有机物、悬浮含量高，达标污水经过简单回用处理仍然无法满足回用水质(如循环水补水、锅炉补水)要求。此时需要对达标污水进行进一步深度处理。在污水的深度处理技术中，超滤反渗透双膜技术是目前最为经济可行的方法。

反渗透技术是当今最先进和最节能有效的膜分离技术。其原理是在高于溶液渗透压的作用下，依据其他物质不能透过半透膜而将这些物质和水分离开来。由于反渗透膜的膜孔径非常小(仅为1nm左右)，因此能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等(去除率高达97-99％)。系统具有水质好、耗能低、无污染、工艺简单、操作简便等优点。目前绝大部分商业反渗透膜都是卷式形态的标准元件。

双膜技术是将超滤/微滤(UF/MF)技术和反渗透(RO)技术相结合在一起的工艺。由于反渗透膜对进水水质要求很高(通常要求污染指数SDI≤5)，否则极易被污染堵塞而降低甚至丧失其高精度的过滤功能，而超滤/微滤过滤系统的产水水质完全可以满足反渗透系统对进水水质的要求。因此，在反渗透系统前设置超滤/微滤系统，可以有效地防止反渗透膜的污染和堵塞，延长了反渗透膜的使用寿命。目前双膜法水处理技术可以广泛应用于化工、电力、电子、制药、石化、纺织、食品等领域的纯水和超纯水制备，以及海水淡化、苦咸水淡化和特种分离过程，特别是在污水资源化再生利用方面。双膜法可直利用企业的生化出水作为原水，处理后可以达到锅炉补充水的水质要求，为企业节约水资源。

CN1796314A提出了一种采用包括混凝过滤、臭氧氧化、生物氧化在内的深度处理工艺，主要去除难去除微量有机物、细菌、病毒等以达到回用目的，工艺还可能包括纳滤和反渗透工艺进行进一步处理。该工艺中纳滤和反渗透前没有设置超滤，对于较差水质很难保证纳滤和反渗透的稳定运行。

CN101209886A提出了一种采用膜生物反应器与反渗透联用的城市污水深度处理回用工艺。以城市二级出水为原水，进入膜生物反应器MBR系统进行生物预处理以除去其中的BOD。该工艺需要对二级出水进行进一步生化，运行成本相对较高，超滤运行通量偏低。

CN101544448A提出了一种采用移动床生物反应器-混凝沉淀-气浮-多介质过滤-超滤-反渗透工艺，回用水质可达到循环水和电厂锅炉补给水的要求。该工艺预处理流程较长，处理成本较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题：

针对达标市政污水，进一步降低其含盐量或有机物、悬浮物含量，满足回用对象的回用要求；使用较简单流程实现市政污水的回用，工艺流程抗污水冲击能力强，并能有效降低运行成本。

针对达标市政污水盐含量和COD等污染物指标无法满足回用要求的情况；为实现对达标市政污水的深度处理，同时减少运行成本，降低投资；本发明提供了一种达标市政污水的深度处理工艺，包括了絮凝沉淀、杀菌、碟片过滤、浸没式超滤和反渗透工艺单元。污水中的悬浮物、胶体和悬浮性的COD可以通过絮凝沉淀、碟片过滤去除；污水中的细菌可通过杀菌和超滤去除；污水中的盐分和溶解性COD可以通过反渗透去除。本发明的工艺流程如图1所示，具体包括如下步骤：

(1)所述絮凝沉淀在澄清器(池)设备(如机械加速澄清池、水力循环澄清池等)中进行。加入的絮凝剂为无机高分子絮凝剂或有机高分子絮凝剂。絮凝沉淀可去除污水中的30％～70％悬浮物、胶体和10％～40％的COD。

(2)所述杀菌单元是设在混凝沉淀系统后，碟片过滤器前。通过加药泵投加非氧化性杀菌剂。通过投加出水细菌数小于1000cfu/ml。

(3)所述碟片过滤设置在超滤单元前，作为超滤膜前的保护措施，碟片过滤器出水浊度小于5NTU。

(4)所述浸没式超滤单元，在膜池中安放浸没式超滤膜组件，底端与进水和排水管路连结。浸没式组件共有若干组超滤膜。浸没式膜组件顶端与产水管路和超滤产水泵连接，同时超滤清洗液也由超滤产水端进入清洗超滤膜。通过浸没式超滤的处理，去除了污水中绝大部分的悬浮物、细菌和浊度，达到反渗透进水要求。

(5)所述反渗透系统，采用芳香聚酰胺的卷式反渗透膜组件，有若干支压力容器并联排放，每支压力容器安放8040膜组件4～6根。反渗透膜组件前端与高压泵连接。高压泵进口前设置有加药口。产水端与产水箱连接，浓水端与循环管路泵连接。反渗透浓水部分排放，部分通过循环泵增压后返回到反渗透膜入口处。反渗透装置具备在线清洗功能。经过反渗透系统的处理，去除污水中的绝大部分盐分、有机物及色度(＞97％)，达到或部分达到深度回用要求。反渗透高压泵前设有加药口，一般浓水结垢指数LSI小于1时无需添加阻垢剂，LSI大于1时可适量添加阻垢剂。

絮凝沉淀单元，采用絮凝剂可以是无机絮凝剂，也可以是有机絮凝剂，也可以是两种一起使用。无机絮凝剂可以是例如聚合铝和聚合铁的一种或两种，有机高分子絮凝剂例如是聚丙烯酰胺。絮凝剂的投加剂量为5～40mg/L(以投加总剂量计)。优选的絮凝剂投加方式为投加5～15mg/L的聚合铝以及5～10mg/L聚丙烯酰胺。

杀菌单元，投加的非氧化性杀菌剂可以是异噻唑啉酮、二溴氮氚、二溴次氮基丙酰胺。杀菌剂投加量为1～5mg/L，其投加方式为交替连续投加。优选的杀菌剂投加方式为投加异噻唑啉酮3mg/L，二溴次氮基丙酰胺3mg/L，两种杀菌剂交替使用，每5天切换使用。

碟片过滤单元，碟片过滤精度为50～200微米。优选的碟片过滤精度为100微米。

浸没式超滤单元，超滤膜采用中空纤维膜，材质可以是聚偏氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯腈、聚四氟乙烯中的一种或几种，孔径范围为0.01～0.2μm之间。优选的超滤膜为聚偏氟乙烯膜，孔径为0.05μm。超滤膜的运行参数为：运行压力为0.02～0.06MPa，运行时间设置为每运行10～30分钟清洗20～120秒，每4～8小时采用化学加强分散洗对超滤膜进行清洗。优选的超滤膜运行参数为：运行压力0.02～0.04MPa，每运行20分钟清洗30秒，每6小时对超滤膜进行化学加强分散洗。

反渗透单元，反渗透膜采用芳香聚酰胺卷式膜。反渗透膜的运行参数为：运行压力0.6～2.0MPa，运行时间设置为每运行1～8小时清洗1～4分钟。优选的膜运行参数为运行压力0.8～1.2MPa，每运行4小时清洗2分钟。

在本工艺中，在絮凝沉淀单元去除30％～70％悬浮物和10％～40％的COD，以利于膜系统的稳定运行。经过碟片过滤处理，可对浸没式超滤膜起保护过滤作用，防止大颗粒悬浮物(如污水携带的生活垃圾等)对膜丝的损伤。经过絮凝沉淀和碟片过滤处理后，可去除绝大部分大颗粒悬浮物(＞99％)和5％～10％的COD。这样，对于一级或二级排放标准的污水，污水的COD对于膜系统来说仍然较高，为了维持膜系统的长期稳定运行，在不增加生物深度处理情况下，在膜系统中强化了自动清洗功能。通过对超滤和反渗透进行在线的自动清洗延长化学清洗周期，同时由于对超滤和反渗透都采用了分组在线自动清洗的方法，清洗不会影响整个系统的正常运行。

经过本工艺处理，出水完全可达到工业循环水补水指标，主要水质指标(电导、COD、硬度、细菌)优于当地新鲜水水质。若再经深度处理，则完全可达到锅炉补给水水质要求。

本发明工艺的特点在于：

对于达标污水，无需进一步生化，仅使用最少预处理步骤，直接用双膜法进行处理。

采用非氧化性杀菌剂进行杀菌，污水进入反渗透之前无需加还原剂还原，对超滤和反渗透系统都有杀菌效果。

反渗透浓水与大量市政污水勾兑后排放或进一步处理，解决反渗透浓水排放问题。

膜系统药剂使用量低，耐污染性能好。

与目前采用的一些市政污水深度回用工艺相比，本发明的有益效果包括：

除了使用少量絮凝剂以及杀菌剂外，无需连续使用其他药剂，处理成本较低，产生污泥量小，便于处置。

对于达标污水来说，进一步生化处理效率不高且成本较高。由于对超滤反渗透系统进行了改进，提高了系统的抗污染能力，本发明无需对污水进一步生化处理，处理成本较低。

杀菌剂使用非氧化性杀菌剂，在进入反渗透之前无需还原，并对反渗透系统有杀菌作用。

超滤采用浸没式超滤方式，占地面积小，纳污能力强，能耗较低。

反渗透膜系统具备自动清洗功能，能有效延长化学清洗周期。

附图说明

图1是本发明的处理达标市政污水装置工艺流程示意图；

图2是本发明的超滤和反渗透单元工艺流程图。

图中：1.超滤水箱，2.浸没式超滤膜组件，3.超滤产水泵，4.缓冲罐，5.高压泵，6.反渗透加药口，7.反渗透组件，8.反渗透浓水循环泵，9.反渗透浓水调节阀，10.反渗透产水箱，11.清洗液加药口，12.药洗泵，13.反渗透清洗泵，14.超滤清洗泵。箭头为水流方向。

具体实施方式

下面结合本发明附图说明本发明的详细过程。

实施例：

下面结合北方某城市达标市政污水深度处理回用工艺来说明本发明。

水源为该市污水厂二沉池出水，执行中华人民共和国国家标准污水综合排放二级标准。深度处理量为10000吨/天，设计产水量为7500～8000吨/天。其来水主要水质指标见表1。

表1.达标污水来水水质

由来水指标看，虽然水质达到了二级排放标准，但其中电导、COD和NH₃-N值都无法满足循环水补水或锅炉水要求，需要进行深度处理。

整个处理工艺中，混凝沉淀、杀菌为单套运行，碟片过滤和膜系统分为4套运行。

二沉池出水进入机械加速澄清池，由自动加药系统进行加药。使用聚合铝(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)，PAC加药量为5mg/L，PAM加药量为5mg/L。清水进入下一单元，过剩泥渣由底部排出。清水进入碟片过滤器前通过加药泵投加非氧化性杀菌剂异噻唑啉酮或二溴次氮基丙酰胺，两者间歇切换投放，以防止微生物产生耐药性。两种杀菌剂投放切换周期为5天。其投加含量为3mg/L(商品药剂浓度)。碟片过滤是设置在超滤前的保安过滤，过滤精度为100微米，具有自动反洗功能。反洗水回到污水二沉池或调节池。经过碟片过滤后出水的主要水质指标如表2。

表2.膜前预处理出水水质

超滤和反渗透都分为4套独立系统进行运行。

碟片过滤出水进入超滤膜区1，超滤膜使用浸没式组件2，每套系统共有4组超滤膜，材料为聚偏氟乙烯(PVDF)，孔径为0.05μm，每组超滤膜膜面积为5000m²。超滤运行时，超滤产水泵3采用抽吸方式运行，抽吸负压范围为0.02～0.03MPa。

超滤产水通过缓冲罐4后再经高压泵增压进入反渗透系统。反渗透系统平均分为4组进行控制，每套系统共使用8040反渗透膜144支，反渗透组件7全部平均并联排列，共有压力容器36个，每支压力容器内安装4支8040反渗透组件。对于该污水，反渗透运行时不加阻垢剂。反渗透产水进入产水箱10，反渗透浓水经过反渗透浓水循环泵8增压后部分返回反渗透组件进口处，部分与其他污水勾兑混合排放或进一步处理。反渗透的操作压力为0.8～1.2MPa，通过调节浓水调节阀9的开度控制水回收率在75～80％左右。

超滤和反渗透都在可以在正常运行的同时进行在线清洗。超滤每20分钟进行一次水力清洗。水力清洗时，使用超滤产水对超滤膜进行清洗。其中一组超滤膜停止产水，超滤清洗泵14启动，缓冲罐4中的超滤产水由产水端进入超滤膜，排入超滤膜区1。超滤清洗时，每组清洗时间为30秒，清洗压力为0.1MPa，清洗水量为该组超滤膜正常产水量的4倍。

反渗透每4小时进行一次水力清洗。水力清洗时，使用反渗透产水对反渗透膜进行清洗。其中一组反渗透入水阀关闭和浓水阀迅速关闭，清洗进水阀和清洗排水阀迅速打开，反渗透清洗泵13启动，反渗透产水箱10中的超滤产水由反渗透压力容器的进水端进入，由浓水端排往超滤膜区1。反渗透清洗时，每组清洗时间为2分钟，清洗压力为0.2MPa，清洗水量为每组正常产水量的4倍。

超滤每4～24小时进行化学加强洗一次，化学加强洗时，采用反渗透产水配置药洗溶液，酸洗时控制pH 2～3，碱洗时控制pH 11～12，加氯反洗时余氯含量小于5ppm。药洗泵12启动，由加药口11加入相应的清洗药剂。清洗液由膜产水端进入超滤膜，排入超滤膜区1。化学加强洗后马上使用反渗透产水再进行一次水力冲洗。

当反渗透进出口压差较初始值上升15％或标准化产水量下降15％时，对反渗透膜进行停机化学清洗。当超滤运行负压上升至0.06MPa时，对超滤进行化学清洗。

经过反渗透处理后反渗透产水水质指标见表3。

表3.一级反渗透产水水质

由表3可见，反渗透产水水质完全能到达循环水补水要求，再经过反渗透或离子交换等处理手段即可达到中低压锅炉补给水水质要求。

反渗透浓水的主要水质指标见表4。

表4.一级反渗透浓水水质

由表4可见，浓水中COD、NH₃-N、色度等指标未达到二级排放标准，但与大量的达标污水勾兑后完全可达到排放标准。也可将部分反渗透浓水返回生化池进行处理。

根据本工艺运行的膜系统，反渗透化学清洗周期在3个月左右，超滤化学清洗周期在半年左右。产水水质稳定，各项指标都远优于当地地下水水质标准。

Claims

1.一种达标市政污水的深度处理工艺，包括絮凝沉淀、杀菌、碟片过滤、浸没式超滤和反渗透工艺单元：

(1)所述絮凝沉淀在澄清器设备中进行，加入的絮凝剂为无机高分子絮凝剂或有机高分子絮凝剂；

(2)所述杀菌单元是设在混凝沉淀系统后，碟片过滤器前，通过加药泵投加非氧化性杀菌剂

(3)所述碟片过滤设置在超滤单元前，碟片过滤器出水浊度小于5NTU；

(4)所述浸没式超滤单元，在膜池中安放浸没式超滤膜组件，浸没式组件设有若干组超滤膜；底端与进水和排水管路连结；浸没式膜组件顶端与产水管路和超滤产水泵连接；

(5)所述反渗透系统，采用芳香聚酰胺的卷式反渗透膜组件，产水端与产水箱连接，浓水端与循环管路泵连接；反渗透浓水部分排放，部分通过循环泵增压后返回到反渗透膜入口处。

2.根据权利要求1所述的深度处理工艺，其中步骤(1)中絮凝剂的投加剂量为5～40mg/L。

3.根据权利要求1或2所述的深度处理工艺，其中步骤(1)中絮凝剂投加方式为投加5～15mg/L的聚合铝以及5～10mg/L聚丙烯酰胺。

4.根据权利要求1所述的深度处理工艺，其中步骤(2)中杀菌剂投加量为1～5mg/L，其投加方式为交替连续投加。

5.根据权利要求1或4所述的深度处理工艺，其中步骤(2)中杀菌剂投加方式为投加异噻唑啉酮3mg/L，二溴次氮基丙酰胺3mg/L，两种杀菌剂交替使用，每5天切换使用。

6.根据权利要求1所述的深度处理工艺，其中步骤(3)碟片过滤单元中碟片过滤精度为50～200微米，优选100微米。

7.根据权利要求1所述的深度处理工艺，其中步骤(4)浸没式超滤单元中，超滤膜采用中空纤维膜，运行参数为：运行压力为0.02～0.06MPa，运行时间设置为每运行10～30分钟清洗20～120秒，每4～8小时采用化学加强分散洗对超滤膜进行清洗。

8.根据权利要求7所述的深度处理工艺，其中步骤(4)浸没式超滤单元中，超滤膜运行参数为：运行压力0.02～0.04MPa，每运行20分钟清洗30秒，每6小时对超滤膜进行化学加强分散洗。

9.根据权利要求7或8所述的深度处理工艺，其中步骤(4)浸没式超滤单元中，超滤膜材质是聚偏氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯腈、聚四氟乙烯中的一种或几种，孔径范围为0.01～0.2μm之间。

10.根据权利要求9所述的深度处理工艺，其中所述超滤膜为聚偏氟乙烯膜，孔径为0.05μm。

11.根据权利要求1所述的深度处理工艺，其中步骤(5)反渗透单元中，反渗透膜的运行参数为：运行压力0.6～2.0MPa，运行时间设置为每运行1～8小时清洗1～4分钟。

12.根据权利要求11所述的深度处理工艺，其中步骤(5)反渗透单元中，反渗透膜的运行参数为：运行压力0.8～1.2MPa，每运行4小时清洗2分钟。

13.根据权利要求1所述的深度处理工艺，其中步骤(5)中的反渗透装置具备在线清洗功能。

14.根据权利要求1所述的深度处理工艺，其中步骤(5)中的反渗透高压泵前设有加药口，浓水结垢指数LSI小于1时无需添加阻垢剂，LSI大于1时适量添加阻垢剂。