双膜法处理污水厂出水用于工业回用

摘要：青岛市黄岛区属于严重缺水地区，水资源短缺已成为制约地区经济发展的瓶颈，拟以污水厂合格出水为原水，实现中水精制满足工业用水需求。精制中水回用站占地为1.86hm2，项目采用BOO形式，总投资为2.1亿元，以污水厂达到一级A标准的出水为原水，为黄岛区北部工业园区用水大户供水。设计产水量为20000m3/d,设计进水量为34776m3/d,设计外排水量为14616m3/d。回用站分为产水、农水及污泥三个系统，产水系统以高效石灰软化沉淀池、超滤、两级反渗透为核心，设计总回用率为57.49%，脱盐率>98%，TDS<=100mg/L；浓水系统以活性炭沉淀池为核心，出水达到一级A标准；污泥系统采用板框压滤机，污泥含水率<80%后外运。系统实际运行效果良好，达到设计要求。     山东省属于严重缺水地区。青岛市黄岛区全年用水总量为1.97x108m3，工业用水占37.9%，水资源短缺已成为制约地区经济发展的瓶颈。为进一步优化水资源配置，充分开发第二水源，以污水厂合格出水为原水，实现中水精制满足工业用水需求是可行的解决方案。工业用水主要是脱盐软水，污水厂出水完全满足水源条件,且相比自来水，费用更低。黄岛北部工业园区需工业用水20000m3/d，拟通过精制污水厂出水，实现中水脱盐回用,充分利用城市第二水源，缓解青岛用水紧张局面，同时为全区中水回用建立示范工程。笔者以青岛市黄岛区精制中水回用站为例，介绍精制中水回用站设计及运行，为地区乃至全国的中水精制提供参考与技术支持。   1 项目背景   青岛市黄岛区精制中水回用站位于南辛安河以北、疏港高速以西，占地为1.86hm2,项目采用B00形式，总投资为2.1亿元。以污水厂合格出水为原水，一期设计供水量为20000m3/d,为黄岛区北部工业园区，包括丽东化工、思远化工及青岛炼化等用水大户供水。   污水厂出水为典型的低温、低浊水，给预处理增加了难度[1-3];同时，工业用水为脱盐软水，脱盐要求较高;另外，工艺产生的废水需达标外排。结合几方面难点，最终选择以高效沉淀―超滤—反渗透为核心的处理工艺。为保证出水脱盐要求，反渗透采用两级流程[4]，一级产水部分进入二级进行深度脱盐，以保证总出水脱盐要求。   2 工程设计   2.1 设计水质与水量   设计产水量为20000m3/d，设计进水量为34776m3/d(其中包含水源热泵系统用水6216m3/d),外排水量为14616m3/d。进水为黄岛某污水厂出水，达到一级A标准,外排水按一级A标准设计，产水满足工业除盐水要求,脱盐率>98%。具体设计水质如表1所示。   表1 设计水质   2.2 工艺流程
  整个回用站分为产水、浓水及污泥三个系统，工艺流程分别如图1~3所示（图中数字单位:m3/h)。产水系统以高效石灰软化沉淀池、超滤、两级反渗透为核心，总回用率为57.49%;浓水系统以活性炭沉淀池为核心[5]，出水达到一级A标准；污泥系统采用板框压滤机，污泥含水率<80%后外运。


  各工艺段水质要求:预处理以去除胶体及悬浮物为主，并采用石灰软化，出水调节pH值至弱碱性;超滤作为反渗透的预处理,延长反渗透运行周期及膜寿命，超滤脱盐率<10%;反渗透为主要脱盐工艺，反渗透进水需严格控制pH值及氧化物，防止被污堵及氧化，各工艺段水质控制见表2。   表 2 各主要工艺段设计水质   2.3 预处理系统   预处理系统由集水池、调节池、高效池、清水池组成，设计流量为1600m3/h。集水池与调节池合建;集水池1座，有效池容为378m3,尺寸为23.0mx4.7mx4.2m;调节池1座，有效池容为3933m3，尺寸为45.0mx23.0mx4.2m;高效池2座合建，总有效池容为1654m3,尺寸为28.5mx20.05mx6.3m;高效池分为快速混凝区、石灰反应区、絮凝区、沉淀区、pH调节区，HRT分别为2.26、2.26、11.3、46.2、0.42min;清水池2座，单池有效池容为400m3，尺寸为9.5mx7.25mx6.5m。   集水池设有立式离心提升泵3台（2用1备），单台设计流量为800m3/h，扬程为60kPa;调节池设有立式离心提升泵3台（2用1备），单台设计流量为800m3/h，扬程为150kPa。调节池同时设有4台潜水搅拌机，单台功率为6.5kW，叶轮转速为303r/min;高效池各设有3台污泥排放/循环螺杆泵（2用1备），共6台，流量为40m3/h,扬程为200kPa;高效池的快速混凝区、石灰反应区、絮凝区、pH调节区各设置搅拌器1台，沉淀区各设刮泥机一套。   调节池投加次氯酸钠2mg/L，高效池投加PAC25mg/L、熟石灰100mg/L、PAM0.3mg/L(阴离子)。   2.4 超滤系统   超滤系统由自清洗过滤器、超滤池、超滤产水池组成，设计流量为1325m3/h。自清洗过滤器3台，过滤精度为100um，出水浊度<=1NTU,SDI<=5;规格 480mmX1600mm，本体材料为碳钢衬塑，设计压力为1.0MPa,进水压力>0.1MPa，单台设计处理流量为450m3/h;手动模式时，连续运行4h后自动清洗15s。超滤装置共7组（6用1备），由碳钢支架、UPVC和不锈钢管路、超滤膜组成，采用UNA-620A型超滤膜，膜公称孔径为00.1um，每台过滤瞬时通量为235m3/h,76支膜/组，尺寸为8080mmX1830mmX4284mm，设计压力为1.0MPa，运行压力为0.25MPa，产水浊度<0.2NTU,SDI<=3,水洗强度为5〇?l2〇L/(m2•h),气洗强度为5~15Nm3/(h.支膜），系统回收率=>90%。超滤产水池有效池容为560m3。   超滤给水泵4台（3用1备），设计流量为480m3/h,扬程为300kPa;超滤反洗杲2台（1用1备），设计流量为230m3/h,扬程为250kPa;超滤清洗栗2台（1用1备），设计流量为230m3/h,扬程为250kPa;均为卧式离心泵。   超滤分为过滤、气水反洗、维护性清洗EFM、化学清洗CIP、气密性检测PDT几种状态，维护性清洗及化学清洗需投加次氯酸钠、氢氧化钠、盐酸。过滤30min后反洗，反洗5~10min;反洗达到48次后进行EFM清洗；反洗达144〇次后，进行CIP清洗；EFM周期约1次/(1~2)d，CIP周期约1次/30d。   2.5 反渗透系统   反渗透系统包括保安过滤器、一级反渗透、一级反渗透产水池、R0浓水池、二级反渗透、产品水池。一级反渗透设计流量为1260m3/h，浓水设计流量为353m3/h，二级反渗透设计流量为490m3/h。保安过滤器6台,5台与一级反渗透配套，1台与化学清洗配套，规格 450mmX1200mm，卧式圆筒，筒体材质SS316L,滤芯材质PP，4支/台大通量滤芯，过滤精度为5um，流量为260m3/h，工作压力为0.2?0.4MPa，前后工作压差<0.10MPa,进水SDI<3、SS<1mg/L。系统采用5组产水量为181.5m3/h的反渗透处理膜组，每套39个压力容器，排列比为26:13,每个压力容器内装有7支反渗透膜，5组共计1365支膜，运行压力为1.5~2.5MPa,脱盐率=>98%,回收率为72%。二级反渗透采用3组产水量为165m3/h的反渗透处理膜组，每套16个压力容器，排列比为12:4,所有压力容器安装在一个机架上;每个压力容器内装有7支卷式复合反渗透膜,3组共计336支膜；二级反渗透系统回收率设计为85%,系统脱盐率&96%，单支膜的脱盐率>99.5%。一级反渗透产水池1座，有效池容为400m3;R0浓水池1座，有效池容为650m3;产品水池2座，总有效池容为8000m3。   一级反渗透给水泵5用1库备，设计流量为252m3/h,扬程为450kPa;—级反渗透高压栗5台，设计流量为252m3/h，扬程为1.7MPa;—级反渗透段间增压泵5台，设计流量为128m3/h，扬程为450kPa;—级反渗透冲洗泵1用1备，设计流量为130m3/h,扬程为400kPa;二级反渗透高压栗3台，设计流量为165m3/h,扬程为1.45MPa;化学清洗泵2台，设计流量为130m3/h,扬程为400kPa;均为卧式离心泵。   阻垢剂采用母管投加，还原剂与反渗透一 一对应投加；杀菌药剂采用非氧化杀菌剂，设计投药量=>50mg/L;化学清洗采用氢氧化钠、盐酸、EDTA清洗。   2.6 活性炭沉淀池   活性炭沉淀池1座,设计处理量为400m3/h。包括活性炭快速混合池（4.2mX4.2mX7.7m)，有效容积为115m3,停留时间为17.3min;PAC快速混合池(4.75mX4.75mX7.7m)，有效容积为146m3,停留时间为21.95min;絮凝池尺寸为2.5mx4.75mx7.7m,有效容积为91m3,停留时间为13.72min;沉淀池（8.0mx8.0mx7.7m)有效容积为415m3,停留时间为62.2min。   中和水池设有提升栗2台（1用1备），流量为30m3/h,扬程为150kPa;活性炭沉淀池设有提升泵2台（1用1备），流量为400m3/h,扬程为150kPa,污泥排放/循环泵3台（2用1备），流量为40m3/h,扬程为200kPa。   活性炭快速混合池投加粉末活性炭，设计投加量为150mg/L;PAC快速混合池投加PAC，设计投加量为25mg/L;絮凝池投加PAM，设计投加量为0.5mg/L0   2.7 污泥处理系统   系统污泥包括高效沉淀池污泥、活性炭沉淀池污泥，污泥浓缩池2座，单座尺寸为 10mX5.5m，污泥输送泵3台（2用1备），流量为50m3/h，扬程为800kPa,滤布冲洗泵1台，流量为13m3/h，扬程为6MPa;板框压滤机2台，进泥含水率为95%，泥饼含水率矣80%，绝干泥量为201/(台•d),单台功率为55kW。输送泵前投加PAM,设计投加量为5mg/L(阳离子）。   2.8 空压系统与水源热泵系统   空气压缩机2台（1用1备），流量为3.5m3/h，W=1.0MPa;冷干机1台，流量为3.5m3/h;空气储罐3台，2台2m3,1台5m3。   水源热泵，热交换机1台。   2.9 加药   系统加药如表3所示。PAM采用螺杆泵投加，PAC等一般药剂采用电磁计量泵投加，双膜清洗投药采用气动隔膜泵投加。   3 系统调试与运行   整个项目于2016年6月开始施工，2017年3月开始通水调试,2017年4月正式供水，供水量根据需求方调整，按设计参数运行。目前原水流量为1025m3/h,供水量为625m3/h，外排水量为400m3/h,总回收率为60.97%。产水pH值为7~8，浊度<2NTU，电导率为50~60uS/cm，TDS为20~40mg/L,COD<2mg/L,脱盐率>98.6%;外排水COD<50mg/L,氨氮<5mg/L;污泥产量为30t/d,含水率<80%。实际运行中，脱盐效果较好,暂时未开启二级反渗透即可满足出水要求。   4 投资运行费用   项目整体投资为2.1亿元。由于供水负荷不同，能耗、物耗的吨水费用不同，以75%的负荷率核算，物耗（药耗）为1.5元An3,能耗（电耗）夏季为2.5kW.h/m3,冬季为3.0kW_h/m3。药耗部分主要包括预处理部分的熟石灰、混凝剂、絮凝剂、次氯酸钠;超滤部分的盐酸、氢氧化钠；反渗透部分的阻垢剂、还原剂及相关清洗药剂。   5 结论   ① 以污水厂一级A出水为原水，通过高效预处理、双膜工艺可达到工业脱盐水要求;反渗透浓水通过活性炭沉淀池处理，出水水质稳定达到一级A标准;污泥经过浓缩、板框压滤，含水率<80%。   ②供水量为625m3/h时，产水PH值为7~8,浊度<2NTU，电导率为50~60uS/cm,TDS为20~40mg/L，COD<2mg/L,系统脱盐率>98.6%，总回收率为60.97%;污泥产量为30t/d,含水率<80%;超滤回收率多90%,—级反渗透回收率为72%。   参考文献： [1]汪志永,戴红玲，周政，等.低温低浊水处理技术的研究与应用[J].水处理技术，2016,42(10):20-24. [2]肖刚，袁本松，贺晓娟，等.地表水厂絮凝池改造及运行优化研究[J].给水排水,2018,44(10):19-22. [3]姜继平，李玉立，王鹏，等.水厂低温低浊排泥水混凝处理工艺设计优化[J].净水技术，2018,37(8):61-65. [4]翟燕，王文娜，靖大为.两级反渗透系统中膜元件的优化组合[J].供水技术,2015,9(2):1-4. [5]邢思初，卢文卓，张东波，等.粉末活性炭回流高密度沉淀池生物强化作用研究[】].给水排水，2014,40(8)：14-18.