申请日2013.06.13
公开(公告)日2014.12.24
IPC分类号C02F9/04
摘要
本发明公开一种城市达标污水深度处理回用方法，采用“简单预处理-浸没式超滤-反渗透”组合工艺，对达标城市污水进行深度处理。是针对现有双膜装置存在的不能适应高COD水质、预处理流程复杂、超滤反渗透工艺流程中设置多个中间水箱、保安过滤等，且需要添加大量絮凝剂、杀菌剂、还原剂等降低悬浮物含量及控制微生物对膜系统的污染等缺点，进行创新改进。本发明可大大简化工艺流程、提高运行周期、降低运行成本，提高城市达标外排污水的利用率，最大限度降低废水排放量，具有处理效率高、运行周期长、水资源回收率高、投资运行成本低等优点。
权利要求书
1.一种城市达标污水深度处理回用方法，包括以下步骤：(1)经管路输送的城市达标外排污水，采用管道加药并混合的方式，进行pH调节;
(2)将步骤(1)中经pH调节后的达标外排污水，输送至底端具有微孔曝气、顶端具有隔流板的气浮沉淀池;
(3)采用溢流的方式，将步骤(2)中的气浮出水，输送至杀菌器后进入浸没式超滤膜单元;
(4)将步骤(3)的超滤产水经杀菌器处理后，输送至反渗透膜单元;
(5)采用部分浓水循环的方式，将一定量的反渗透浓水，经增压后与步骤(4)的出水混合，进入反渗透膜单元;
(6)将步骤(5)中的反渗透产水，输送至用水点，外排反渗透浓水与其余达标外排城市污水混合后排放。
2.根据权利要求1所述的一种城市达标污水深度处理回用方法，其特征在于，所述的城市达标外排污水的主要水质特征为：pH为7.3～8.2，色度10～30倍，电导2500～2800μs/cm，COD100～130mg/L，TOC33～47mg/L，以碳酸钙计硬度410～480mg/L，以碳酸钙计甲基橙碱度600～800mg/L，Cl-200～300mg/L，NH4+-N30～60mg/L，SO42-250～350mg/L，微生物含量7×104～4×105cfu/ml，总铁0.1～0.3mg/L。
3.根据权利要求1所述的一种城市达标污水深度处理回用方法，其特征在于，步骤(1)中的pH调节为pH6.0～7.5。
4.根据权利要求3所述的一种城市达标污水深度处理回用方法，其特征在于，所述的pH调节为6.5～7.0。
5.根据权利要求1所述的一种城市达标污水 深度处理回用方法，其特征在于，步骤(2)中所述隔流板具有可开闭阀门结构的溢流堰，正常运行情况下，阀门关闭阻隔气浮出的悬浮类杂质，出水经隔流板的下端溢流形成气浮出水;当气浮出的悬浮类杂质累积到一定程度时，可通过阀门开启实现悬浮类杂质的外排。
6.根据权利要求1所述的一种城市达标污水深度处理回用方法，其特征在于，步骤(2)中所述的微孔曝气采用膜片式微孔曝气器，且膜片式微孔曝气位于排泥漏斗顶端10cm以上的位置。
7.根据权利要求1所述的一种城市达标污水深度处理回用方法，其特征在于，步骤(2)中所述达标外排污水在气浮沉淀池的停留时间为2～6h。
8.根据权利要求1所述的一种城市达标污水深度处理回用方法，其特征在于，步骤(3)中的杀菌器采用过流式紫外杀菌的方式，所述的气浮出水在杀菌器中的停留时间为5～20sec。
9.根据权利要求1所述的一种城市达标污水深度处理回用方法，其特征在于，步骤(3)中的浸没式超滤膜单元膜孔径范围为0.05～0.2μm。
10.根据权利要求1所述的一种城市达标污水深度处理回用方法，其特征在于，步骤(3)中所述的浸没式超滤膜单元运行通量大小为10～30L/m2h。
11.根据权利要求1所述的一种城市达标污水深度处理回用方法，其特征在于，步骤(3)中所述的浸没式超滤膜单元，采用外置式离心泵循环的方式，对浸没式水箱中的污水进行扰动，循环量大小为浸没式超滤产水量的3～6倍。
12.根据权利要求1所述的一种城市达标污水深度处理回用方法，其特征在于，步骤(4)中所述的杀菌器采用过流式紫外杀菌的方式，超滤产水在杀菌器中的停留时间为10～30sec。
13.根据权利要求1所述的一种城市达标污水深度处理回用方法，其特征在于，步骤(3)中所述的浸没式超滤膜单元化学清洗周期为4～12h，化学加强洗时采用反渗透产水配制药洗清洗液，酸洗时控制pH2～3，碱洗时控制pH11～13。
14.根据权利要求1所述的一种城市达标污水深度处理回用方法，其特征在于，步骤(5)中所述反渗透膜单元的反渗透膜排列，采用3～7支反渗透膜组件串联的方式。
15.根据权利要求1所述的一种城市达标污水深度处理回用方法，其特征在于，步骤(5)中所述的反渗透浓水循环量为进水量的2～5倍。
16.根据权利要求1所述的一种城市达标污水深度处理回用方法，其特征在于，步骤(5)中所述的反渗透膜单元膜通量为10～25L/m2h。
17.根据权利要求1所述的一种城市达标污水深度处理回用方法，其特征在于，步骤(5)中所述的反渗透膜单元回收率为55～75%。
说明书
一种城市达标污水深度处理回用方法
技术领域
本发明涉及一种城市达标外排污水深度处理及回用的方法，更具体地说，涉及一种采用膜技术进行城市达标污水深度处理及回用的方法。属于城市污水的深度处理技术领域。
背景技术
水是人们生活和国民经济建设中不可缺少的重要资源，是不可替代的物质。随着经济的发展、人口的增长和人们物质文化生活水平的提高，世界各地对水的需求在日益增长，水资源短缺已成为许多国家的突出问题。
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。
为了解决工业水资源用水紧张的问题，水的再生与回用，将中水开发为第二水源已越来越受到人们的重视。对于缺水城市来说，城市的污水再生回用比开发新水源更为重要，更符合我国贫水的客观事实，更具有现实的意义。以城市污水二级处理后的中水作为原水，根据需要进行深度处理，供给工业生产、城市绿化、市政用水等是解决水资源短缺的最有效途径，是缺水城市势在必行的重大决策。这样一方面补充了水资源的短缺，另一方面也减少了城市自来水的消耗量。同时，城市污水经处理后回用于工业、农业等，减少了排向水域的污水量，创造了可观的环境效益，并且这种环境效益与经济效益是统一的;省却了水资源费，以及取水与远距离输送水的能耗与建设费用，以中水为原水进一步深化处理的成本就能够低于以自然水为原水的自来水厂。因此，污水资源化即中水回用，既可以防治水污染，保护水环境，也是解决城市水资源不足的一个重要途径。
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，膜分离技术是目前最为经济可行的方法。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。
中国发明专利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。
中国发明专利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。
中国发明专利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。
中国实用新型专利CN201538718U提出了一种市政污水采用“投加杀菌剂-投加混凝剂-多介质过滤-换热-自清洗过滤-超滤-中间水箱(加酸/非氧化性杀菌剂)-投加还原剂/阻垢剂-保安过滤-反渗透”的深度回用系统，经处理后的净水作为冷轧企业循环水的补充水或脱盐水站的补水。中国实用新型专利CN201309866Y提出了一种采用“碟片过滤-超滤装置-中间水箱-保安过滤-反渗透”工艺的废水回用处理装置，采用上述装置处理后的出水水质达到工业用水水质要求，从而实现生产回用。
上述实用新型专利和发明专利，虽均从结合不同的预处理方法，采用超滤和反渗透组合的方法进行了城市达标污水的深度处理及 用，但从上述专利所涉及的工业膜装置运行的情况来看，主要存在如下技术问题：①现有的工业超滤膜系统对原水水质(COD/悬浮物/硬度等)的要求较高，通常石化企业达标污水水质无法满足进膜要求，需要进行一系列的膜前预处理，由此增加了固定投资和运行费用;②传统反渗透系统对进水COD有严格要求(小于100mg/L)，因此现有的双膜系统只能处理生化出水且COD值较低的废水体系;③现有的双膜系统需要设置中间水箱和保安过滤器，极易引起微生物滋生以及保安过滤器的严重堵塞，使得保安过滤器需经常更换;④现有的工业膜装置均采用连续投加NaClO杀菌，杀菌后进入反渗透前需投加过量的NaHSO3还原以防止过量余氯对反渗透膜的破坏，如此以来既增加了药剂成本，又为反渗透膜的运行存在破坏性的风险。采用紫外杀菌方法代替原有的加药杀菌，不仅杀菌率高，且能有效降低药剂成本，不会带来二次污染;⑤反渗透系统运行达到清洗周期后需要停机清洗，不能实现分散洗，并且反渗透膜系统串联组件较多，导致后段反渗透的膜面流速偏低且污染严重。
发明内容
本发明公开了一种城市达标污水深度处理回用方法，旨在针对在工业应用过程中现有技术的缺陷，提供一种采用“简单预处理-浸没式超滤-反渗透”组合工艺技术对达标城市污水进行深度处理及回用的方法。主要目的是针对现有双膜装置存在的不能适应高COD水质、预处理流程复杂、超滤反渗透工艺流程中设置多个中间水箱、保安过滤等，且需要添加大量絮凝剂、杀菌剂、还原剂等降低悬浮物含量及控制微生物对膜系统的污染等缺点进行技术创新和改进。
本发明采用如下技术方案实现：
本发明所述的城市达标外排污水的主要水质特征为：pH为7.3～
8.2，色度10～30倍，电导2500～2800μs/cm，COD100～130mg/L，TOC33～47mg/L，以碳酸钙计硬度410～480mg/L，以碳酸钙计甲基橙碱度600～800mg/L，Cl-200～300mg/L，NH4+-N30～60mg/L，SO42-250～350mg/L，微生物含量7×104～4×105cfu/ml，总铁0.1～0.3mg/L。一种城市达标污水经的深度处理回用方法包括以下几个步骤：
(1)经管路输送的城市达标外排污水，采用管道加药并混合的方式，对给水进行pH调节;
(2)将步骤(1)中经pH调节后的达标外排污水，输送至底端具有微孔曝气、顶端具有隔流板的气浮沉淀池;
(3)采用溢流的方式，将步骤(2)中的气浮出水，经管道泵，输送至杀菌器后进入浸没式超滤膜单元;
(4)采用自吸泵，将步骤(3)的超滤产水，经杀菌器处理后，可由高压泵，输送至反渗透膜单元;
(5)采用部分浓水循环的方式，将一定量的反渗透浓水，经增压后，可经管道加压泵增压进入高压泵的出口，与步骤(4)的出水混合，进入反渗透膜单元，该过程采用浓水循环的方式提高反渗透系统的膜面流速，以降低膜污染;
(6)将步骤(5)中的反渗透产水，经管道泵，输送至用水点，如炼化装置的锅炉补给水系统，外排反渗透浓水与其余达标外排城市污水混合后排放。
本发明的主要技术特征包括以下内容：
步骤(1)中的pH调节为pH6.0～7.5，优选pH为6.5～7.0。
步骤(1)中用于调节达标外排污水pH的酸，可采用硫酸、盐酸、草酸等强酸和中强酸，其中各类酸的浓度不受限制。
步骤(2)中气浮沉淀池下端具有漏斗状的下排泥结构，采用自动阀门控制实现定期排泥，便于气浮沉淀池底因静置沉淀导致的泥量增加。
步骤(2)中的气浮沉淀池顶端的隔流板具有可开闭阀门结构的溢流堰，正常运行情况下，阀门关闭阻隔气浮出的悬浮类杂质，出水经隔流板的下端溢流形成气浮出水;当气浮出的悬浮类杂质累积到一定程度，如悬浮物覆盖液面高度为0.5-1.0cm时，可通过阀门开启实现悬浮类杂质的外排。
步骤(2)中的底端微孔曝气采用膜片式微孔曝气器，且膜片式微孔曝气的安放位置要位于排泥漏斗顶端10cm以上的位置。
步骤(2)中达标外排污水在气浮沉淀池的停留时间为2～6h，最优的停留时间为3～4h。
步骤(3)中的杀菌器采用过流式紫外杀菌的方式。
步骤(3)中的气浮出水在过流式杀菌器中的停留时间为5～20sec，最优停留时间为10～15sec。
步骤(3)中的浸没式超滤膜单元的膜组件可采用中空纤维柱式膜组件、板框式组件和中空纤维帘式膜组件，最优为中空纤维帘式膜组件。
步骤(3)中的浸没式超滤膜材料为聚偏氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈的有机高分子材料。
步骤(3)中的浸没式超滤膜单元的膜孔径范围为0.05～0.2μm，最优为0.07～0.10μm。
步骤(4)中的浸没式超滤膜单元运行通量大小为10～30L/m2h，最优的运行通量大小为15～25L/m2h。
步骤(4)中的浸没式超滤膜单元，采用外置式离心泵循环的方式，对浸没式水箱中的污水进行扰动，循环量大小为浸没式超滤产水量的3～6倍，降低膜污染及减少因曝气强度大导致的膜丝断裂。
步骤(4)中的浸没式超滤膜单元的超滤膜池下端具有漏斗状的下排泥结构，采用自动阀门控制实现定期排泥。
步骤(4)中的杀菌处理器采用过流式紫外杀菌的方式，浸没式超滤膜单元超滤产水，在杀菌处理器中的停留时间为10～30sec，最 优停留时间为15～25sec，经杀菌后的微生物含量小于200cfu/ml。
步骤(4)中的浸没式超滤膜单元自动运行过程中可实现分散洗、加强洗的周期性操作，其中分散洗进水周期分别为15～60min，最优为20～40min;反洗时间为60～120sec，反洗水量为该组超滤膜组件正常产水量的2～4倍。
步骤(4)中的浸没式超滤膜单元化学清洗周期为4～12h，化学加强洗时采用反渗透产水配制药洗清洗液，酸洗时控制pH2～3，碱洗时控制pH11～13。
步骤(4)中的浸没式超滤膜单元的化学加强洗的酸洗可选用下述酸中的一种或几种：HCl、草酸、柠檬酸、硫酸及其与EDTA的复配清洗剂。
步骤(5)中反渗透膜单元的反渗透膜排列，采用3～7支反渗透膜组件串联的方式，优选4～6支反渗透膜串联。步骤(5)中的反渗透浓水循环量为进水量的2～5倍，优选3～4倍。
步骤(5)中的反渗透膜单元膜通量为10～25L/m2h，优选15～20L/m2h。
步骤(5)中的反渗透膜单元回收率为55～75%，优选60～70%。
步骤(5)中的反渗透膜单元具有浓水端反向冲洗功能。
步骤(5)中的反渗透膜单元的自动运行过程中可实现分散洗、加强洗和浸泡洗的周期性操作，其中分散洗可实现两端交替进水，进水周期分别为4～48h，最优为12～24h;反向冲洗时间为5～20min。步骤(5)中的反渗透膜单元的加强洗和浸泡洗过程中的酸洗可选用下述酸中的一种或几种：HCl、草酸、柠檬酸、硫酸及其与EDTA的复配清洗剂。城市达标外排污水经上述步骤(1)～(5)处理后的主要水质指标为：pH为6.3～6.8、TOC<2.3mg/L、电导≤100μS/cm、Cl-<6mg/L、Ca2+<0.3mg/L、Mg2+<0.2mg/L、系统回收率高于70%。上述步骤(1)～(5)所述的浸没式超滤膜单元的化学清洗周期大于两个月、反渗透膜单元的化学清洗周期大于3个月。
本发明与现有技术的实质性区别在于，本发明涉及一种城市达标污水深度处理回用的方法，现有针对城市达标外排污水深度处理回用的大部分相关专利涉及的是采用超滤和反渗透组合的方法进行了城市达标污水的深度处理及回用，但从现有专利所涉及的工业膜装置运行情况来看，现有专利所描述的深度回用均采用了工艺流程较为复杂的预处理流程、压力式超滤膜工艺、且现有专利的技术特征均需设置中间水箱和保安过滤器、采用较多的絮凝剂、杀菌剂、还原剂和阻垢剂等控制膜系统的微生物污染。
本发明旨在针对城市达标污水采用“简单预处理-浸没式超滤-反渗透”组合工艺技术对达标城市污水进行深度处理及回用的方法。该技术方法的主要目的是针对现有双膜装置的预处理流程复杂、超滤反渗透工艺流程中设置多个中间水箱、保安过滤等，且需要添加大量药剂等降低悬浮物含量及控制膜污染等缺点进行的技术创新和改进。与本发明中涉及的城市达标污水深度处理回用工艺技术具有实质性区别。
本发明的有益效果是：
1、采用本发明所述的工艺技术可大大简化现有城市污水深度回用系统的工艺流程、提高膜系统的运行周期及降低城市污水深度处理回用的投资运行成本，提高城市达标外排污水的利用率，最大限度降低废水排放量。
2、通过采用超滤产水直接进入反渗透单元的管路连接，取消了连接于超滤和反渗透单元的中间水箱和保安过滤器，取消了微生物停留并滋生的重要场所，降低了因微生物污染导致的滤芯频繁更换的运行成本;
3、在反渗透系统中通过改变原有反渗透的一级多段、多级串联达到系统回收率的要求，根据水质特点可以自动调控反渗透的系统回收率，降低了因来水冲击导致的膜系统严重污染引起的性能下降;
4、超滤和反渗透膜分组操作，实现在线清洗、在线分散清洗、在线化学浸泡洗，即使在清洗的过程中仍不影响整套系统的产水，即一组清洗，多组产水的运行模式，提高了产水效率;
5、采用紫外杀菌方法代替原有的加药杀菌，不仅杀菌率高，且能有效降低药剂成本，不会带来二次污染。
6、采用本发明所述的工艺技术可以对城市达标外排污水深度处理后回用于炼油化工装置的中低压锅炉补给水系统，经本发明所述工艺技术处理后的产水主要水质指标为：pH为6.3～6.8、TOC<2.3mg/L、电导≤100μS/cm、Cl-<6mg/L、Ca2+<0.3mg/L、Mg2+<0.2mg/L、系统回收率高于70%。
7、本发明工艺具有处理效率高、运行周期长、水资源回收率高、投资运行成本低等优点。
采用本发明所述的工艺技术可大大简化现有城市污水深度回用系统的工艺流程、提高膜系统的运行周期及降低城市污水深度处理回用的投资运行成本，提高城市达标外排污水的利用率，最大限度降低废水排放量。采用本发明所述的工艺技术可以对城市达标外排污水深度处理后回用于炼油化工装置的中低压锅炉补给水系统，本发明工艺具有处理效率高、运行周期长、水资源回收率高、投资运行成本低等优点。