顧學(xué)林,張曉敏
(勝利油田供水分公司,山東東營257061)
黃河口地處黃河入??诘娜侵薜貐^(qū),地下水較淺,且地下水礦化度較高,一般在5~20g/L[1],容易滲入渠道收集的城市污水中,使城市污水的氯離子含量在1000~5000mg/L之間。黃河口地區(qū)的污水處理工藝均為生化處理,難以去除水中氯離子,致使處理后水中氯離子含量偏高,限制了再生水的回用范圍。黃河口地區(qū)某城市污水處理廠的出水水質(zhì):COD:26.59mg/L、NH3-N:1.09mg/L、BOD:6.4mg/L、TN:12.63mg/L、TP:0.3mg/L、SS:5.18mg/L、濁度:0.9、大腸菌:800 個/L、氯離子:2212 mg/L、硫酸鹽:493mg/L、鐵:<0.12 mg/L、錳:<0.01 mg/L、陰離子表面活性劑:<0.05 mg/L、總?cè)芙庑怨腆w:1419 mg/L、石油類:0.01mg/L,對照《城市污水再生利用綠地灌溉水質(zhì)》(GB25499-2010)、《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》(GB18920-2010)、《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》(GB18921-2002)、《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》(GBT 19923-2005),只有氯離子和總?cè)芙庑怨腆w超出了綠地灌溉水質(zhì)、城市雜用水水質(zhì)、工業(yè)用水水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn),限制了再生水的回用范圍。目前,黃河口地區(qū)城市污水廠的再生水只能直接回用于景觀用水,因此,需要對黃河口地區(qū)的城市污水廠的出水進(jìn)一步處理,降低水中的鹽類物質(zhì)含量,使黃河口地區(qū)的再生水發(fā)揮更大更廣泛的作用。
在黃河口地區(qū)某污水廠開展了再生回用工程試驗項目,該地區(qū)城市污水廠處理工藝采用“曝氣沉砂池+AAO生物反應(yīng)池+二沉池+高密度沉淀池+V型濾池+紫外線消毒池”,出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)的一級A標(biāo)準(zhǔn),再生處理后全面達(dá)到城市污水再生利用的各項水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
黃河口地區(qū)城市污水廠的一級A出水與《城市污水再生利用綠地灌溉水質(zhì)》(GB25499-2010)、《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》(GB18920-2010)、《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》(GB18921-2002)、《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》(GBT 19923-2005)進(jìn)行對比,只有氯化物、溶解性總固體(TDS)、硫酸鹽、總硬度四項指標(biāo)不滿足其回用水水質(zhì)要求,如表1所示。
表1 再生回用工程控制指標(biāo)與再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的比較 單位:mg/L
因為黃河口地區(qū)城市污水的再生回用工程的控制指標(biāo)主要是一價、二價的鹽類物質(zhì),所以,雙膜法為再生水回用工程的首選工藝,其工藝流程如圖1所示。
圖1 工藝流程
2.2.1 超濾系統(tǒng)
采用浸沒式超濾系統(tǒng),包括保安過濾器、進(jìn)水泵、超濾膜池、清洗系統(tǒng)、產(chǎn)水泵及控制儀表六部分。
采用浸沒式中空纖維超濾膜,外壓式過濾,原水在膜絲內(nèi)流動,濾后水經(jīng)膜絲過濾后流至膜外,在膜絲內(nèi)積存的污染物質(zhì)通過較高流量和較高壓力的水流帶走,為保證膜的過濾性能,過濾同時進(jìn)行空氣擦洗,且系統(tǒng)30分鐘進(jìn)行一次氣水聯(lián)洗,反洗液由內(nèi)向外反向清洗,45s氣水洗45s水洗。每天進(jìn)行一次化學(xué)清洗,化學(xué)清洗時投加31%的鹽酸或10%的次氯酸鈉。超濾系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水回到廠內(nèi)污水管網(wǎng)。
主要設(shè)備參數(shù):設(shè)置一組超濾膜池,膜池容積為6m3,正常運行液位為2.1m,處理規(guī)模6m3/h,設(shè)有6支超濾單元,膜組件參數(shù):外形尺寸?160×1800mm,膜材料為聚偏氟乙烯(PVDF),膜絲內(nèi)徑/外徑為0.7mm/1.2mm,膜絲平均孔徑為0.03μm,設(shè)計通量為29L/m2·h,膜面積為35m2。一臺進(jìn)水泵9.6m3/h;一臺網(wǎng)格過濾器;一臺產(chǎn)水泵兼作反洗水泵9.6m3/h;一臺鼓風(fēng)機75m3/h;兩臺加藥泵50L/h,一臺投加阻垢劑,一臺根據(jù)進(jìn)水ORP投加還原劑。在線監(jiān)測儀表有超濾進(jìn)水濁度計、出水濁度計、進(jìn)水pH計、進(jìn)水流量計、產(chǎn)水流量計。2個直徑1m高1.1m的儲水箱,一臺150L/h回用供水泵。
2.2.2 反滲透系統(tǒng)
反滲透系統(tǒng)采用1級2段式工作模式,包括保安過濾器、高壓泵、反滲透膜組、清洗系統(tǒng)及控制儀表五部分。
采用陶氏BW30-400反滲透膜,根據(jù)跨膜壓差投加藥劑進(jìn)行化學(xué)清洗。反滲透系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水回廠內(nèi)污水管網(wǎng)。
主要設(shè)備參數(shù):設(shè)置3支反滲透單元,膜組件參數(shù):外形尺寸?201×1016mm,膜片采用聚酰胺復(fù)合膜,單支元件有效膜面積為37m2,產(chǎn)水量40m3/d,最高操作壓力為41bar,最高壓降1bar,最大進(jìn)水流量19m3/h,最大進(jìn)水SDI為5,PH范圍為2~11。一臺保安過濾器4m3/h、一臺增壓泵250L/min、一臺高壓進(jìn)水泵12m3/h、兩臺加藥泵7.6L/h。在線監(jiān)測儀表有進(jìn)水氧化還原電位(ORP)、進(jìn)水電導(dǎo)率、出水電導(dǎo)率、保安過濾器的壓力、高壓泵前壓力、高壓泵后壓力、RO產(chǎn)水壓力、濃水出水壓力、產(chǎn)水流量計和濃水流量計。2個直徑2米高2米的儲水箱,一臺3m3/h回用供水泵。
由于超濾對氯離子沒有去除效果,而反滲透對氯離子的去除率非常高,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于回用標(biāo)準(zhǔn),因此,為了減少運行成本,將超濾和反滲透的出水進(jìn)行混合,使出水滿足回用要求。
超濾單元按最佳工況參數(shù)設(shè)計運行,工況參數(shù)如表2所示。
經(jīng)過超濾膜處理后的出水水質(zhì)如表3所示,出水氯離子和溶解性固體(TDS)基本沒有變化,大腸菌可以降低到3000個/L,SDI和PH都達(dá)到反滲透膜的進(jìn)水水質(zhì)要求。
表2 超濾工藝運行參數(shù)
表3 超濾污染物去除效果
反滲透單元的運行工況如表4所示,產(chǎn)水電導(dǎo)率在100μS/cm以下,脫鹽率大于98%,回收率為50%。
表4 RO運行工況
經(jīng)過反滲透處理后的出水水質(zhì)如表5所示,出水氯離子小于130mg/L,出水溶解性固體(TDS)小于120 mg/L,大腸菌去除率100%,出水硫酸鹽小于15mg/L,遠(yuǎn)優(yōu)于表1中回用水水質(zhì)要求。
表5 RO污染物去除效果
超濾工藝每天一次維護(hù)性化學(xué)清洗,間隔使用濃度10%的次氯酸鈉和濃度31%的鹽酸,次氯酸每天投量為0.52t,鹽酸每天投量為2.69kg。反滲透工藝投加阻垢劑和亞硫酸氫鈉還原劑,還原劑是使RO進(jìn)水ORP維護(hù)在0~200范圍內(nèi),中試工藝的RO進(jìn)水ORP始終維持在29~165,沒有投加還原劑;阻垢劑平均每天投量為259g。藥劑價格:鹽酸4元/L,次氯酸鈉2.8元/L,復(fù)合阻垢劑24元/L,單方水藥費0.391元。單方水電耗0.9334kWh,電價0.66元/kWh,單方水電費為0.616元,每天運行費88.85元。
按氯離子最不利情況考慮,將RO出水與超濾出水按20:1比例混合后,供廠內(nèi)自用水。RO產(chǎn)水量為2.7m3/h,按20:1的比例,與超濾出水0.12m3/h的量進(jìn)行混合,合計供水量為2.82m3/h?;旌虾蟮乃|(zhì)情況如表6所示,也可以達(dá)到表1中回用水水質(zhì)要求。
表6 RO與超濾出水混合后水質(zhì)
污水廠內(nèi)有高密池助凝用PAM(-)和污泥脫水用PAM(+)需要將固體藥粉配制成0.5‰和2.5‰的藥液,由中試工程的20:1的混合水取代自來水配藥。
污水廠內(nèi)有高密池助凝用PAM(-)的平均每天投加量為0.016t,用水量為32t。污泥脫水用PAM(+)平均每天投加量為0.033t,用水量為13t。合計廠內(nèi)每天配制這兩種藥劑的自用水量為45t,廠內(nèi)自用水價格為4.7元/方,每天可節(jié)約212元水費。
黃河口地區(qū)的城市污水氯離子含量高,硫酸鹽和溶解性固體濃度也超出城市雜用水和綠地灌溉用水的標(biāo)準(zhǔn),采用浸沒式超濾+反滲透組合進(jìn)行中試,超濾回收率90%以上,反滲透回收率50%,進(jìn)膜壓力1.3MPa時,運行成本1.017元/m3,可使回用水指標(biāo)達(dá)到所有回用水的水質(zhì)要求。