申请日2013.10.11
公开(公告)日2015.04.29
IPC分类号C02F9/02; C02F1/44; C02F9/08
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-压力式超滤-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
1.一种膜技术用于城市污水深度处理回用的方法，其特征在于： 采用“简单预处理～压力式超滤～反渗透”组合工艺技术对城市污水 进行深度处理回用。
2.如权利要求1所述的膜技术用于城市污水深度处理回用的方 法，其特征在于：所述城市污水为市政污水经处理后达到国家一级或 二级排放标准的城市达标外排污水。
3.如权利要求1所述的膜技术用于城市污水深度处理回用的方 法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1，将城市污水经管路输送至多介质过滤单元，多介质过滤 单元出水主要水质指标为：浊度为1.0～2.0NTU，COD为35～40mg/L;
步骤2，多介质过滤单元出水输送至第一级过流式杀菌器进行灭 菌处理;
步骤3，经过灭菌处理后的多介质过滤单元出水进入压力式超滤 膜单元形成超滤产水，所述压力式超滤膜单元采用外压式或内压式超 滤膜组件;
超滤产水浊度为0.5～1.0NTU，COD为30～35mg/L，SDI为1～3， 总铁含量小于0.04mg/L;
步骤4，超滤产水经第二级过流式杀菌器进行二次灭菌处理;
步骤5，经过二次灭菌处理后的超滤产水直接输送至反渗透膜系 统，所述反渗透膜系统具有浓水端反向冲洗功能。
4.如权利要求3所述的膜技术用于城市污水深度处理回用的方 法，其特征在于：步骤5中所述反渗透膜系统采用部分反渗透浓水循 环的方式，
将一定比例的反渗透浓水与超滤产水混合，然后再经第二级过流 式杀菌器进入反渗透膜系统。
5.如权利要求3所述的膜技术用于城市污水深度处理回用的方 法，其特征在于：步骤5中所述反渗透膜系统的反渗透产水主要指标 为：
pH为6.0～6.6，
TOC<1.5mg/L，
电导<100μS/cm，
Cl-<12mg/L，
Ca2+<0.1mg/L，
Mg2+<0.01mg/L。
6.如权利要求3所述的膜技术用于城市污水深度处理回用的方 法，其特征在于，还包括以下步骤：
步骤6，反渗透膜系统的反渗透产水经管道泵输送至用水点。
7.如权利要求3所述的膜技术用于城市污水深度处理回用的方 法，其特征在于：步骤1中的多介质过滤单元采用石英砂、无烟煤、 活性炭的三层装填方式。
8.如权利要求3所述的膜技术用于城市污水深度处理回用的方 法，其特征在于：步骤1中的多介质过滤单元采用上进水下出水的运 行方式，清洗过程采用下进上出的反洗方式;
多介质过滤单元的运行周期为12～24h，反洗时间为5～15min， 反洗强度为30～60m3/m2h，反洗过程通入空气强化清洗效果。
9.如权利要求3所述的膜技术用于城市污水深度处理回用的方 法，其特征在于：所述第一级过流式杀菌器、第二级过流式杀菌器均 采用紫外杀菌的方式。
10.如权利要求3所述的膜技术用于城市污水深度处理回用的方 法，其特征在于：步骤2中的多介质过滤单元出水在第一级过流式杀 菌器中的停留时间为5～20sec。
11.如权利要求3所述的膜技术用于城市污水深度处理回用的方 法，其特征在于：步骤3中的压力式超滤膜单元采用中空纤维柱式膜 组件或中空纤维管式膜组件，
所述中空纤维柱式膜组件或中空纤维管式膜组件的膜孔径范围 为0.05～0.15μm，
压力式超滤膜单元运行通量大小为30～100L/m2h。
12.如权利要求3所述的膜技术用于城市污水深度处理回用的方 法，其特征在于：步骤3中的压力式超滤膜单元采用两端交替进水的 死端过滤方式，或采用控制回收率的错流过滤方式，膜面错流速度为 2～6m/s。
13.如权利要求3所述的膜技术用于城市污水深度处理回用的方 法，其特征在于：步骤3中的压力式超滤膜单元的自动运行过程中采 用分散洗、加强洗和浸泡洗的周期性操作;
分散洗实现两端交替进水，进水周期分别为15～30分钟，反冲 洗时间为60～120秒;
加强洗和浸泡洗过程中采用酸清洗，酸清洗选用下述酸中的一种 或两种以上：HCl、草酸、柠檬酸、硫酸、硫酸与EDTA的复配清洗剂。
14.如权利要求3所述的膜技术用于城市污水深度处理回用的方 法，其特征在于：步骤3中的压力式超滤膜单元的化学清洗周期数为 2～6，化学加强洗时采用反渗透产水配制药洗溶液，酸洗时控制pH 2～3，碱洗时控制pH11～12。
15.如权利要求3所述的膜技术用于城市污水深度处理回用的方 法，其特征在于：步骤4中的超滤产水在第二级过流式杀菌器中的停 留时间为10～30sec，经杀菌后的微生物含量小于100cfu/ml。
16.如权利要求3所述的膜技术用于城市污水深度处理回用的方 法，其特征在于：步骤5中的反渗透膜系统采用3～7支反渗透膜组 件串联的方式排列，
步骤5中的反渗透浓水的循环量为进水量的2～5倍，
步骤5中的反渗透膜通量为10～25L/m2h，
步骤5中的反渗透膜系统的回收率为55～70%。
17.如权利要求3所述的膜技术用于城市污水深度处理回用的方 法，其特征在于：步骤5中的反渗透膜系统的自动运行过程中采用分 散洗、加强洗和浸泡洗的周期性操作;
分散洗实现两端交替进水，进水周期分别为4～48h，反向冲洗 时间为5～20min;
加强洗和浸泡洗过程中采用酸清洗，酸清洗选用下述酸中的一种 或两种以上：HCl、草酸、柠檬酸、硫酸、硫酸与EDTA的复配清洗剂。
说明书
一种膜技术用于城市污水深度处理回用的方法
技术领域
本发明涉及城市污水深度处理回用处理技术领域，具体说是一种 膜技术用于城市污水深度处理回用的方法。所述城市污水尤指城市达 标外排污水，所述膜技术为双膜技术，具体包括超滤和反渗透技术。
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，市政污 水包括生活污水、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，市政污水经处理后一般达 到国家一级或二级排放标准排入河道或海洋(此即城市达标外排污 水，简称为城市污水)。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，将城市 污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， 城市污水深度处理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。以城市污水作为原水，根据需要进行深 度处理回用，然后供给工业生产、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， 城市污水深度处理回用后可用于工业、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， 以城市污水为原水进一步深度处理回用的成本就能够低于以自然水 为原水的自来水厂。因此，城市污水深度处理回用(城市污水资源化)， 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年全国城市的排水量将达到600×108m3，全国城市的市政 污水的平均处理率不低于50%，重点城市的市政污水回用处理率70%。 这就给城市污水深度处理回用创造了基本条件。全国的城市污水深度 处理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%，即通过城市污水深度处理回用，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，大部分是将城市污水作为中水回用于景观 水，或工业冷却循环水。在很多地区，由于市政污水中含盐量高或有 机物、悬浮含量高，城市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。此时需要对城市污水进一步深度 处理回用。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 直接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”的深度处理回用系统，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工艺的角度出发，进行了城市达标外排污水的 深度处理回用，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还原剂以防止过量余氯对反渗透膜的破 坏，如此一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;
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。
因此，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有待进一步研究、改进。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种膜技术 用于城市污水深度处理回用的方法，采用“简单预处理～压力式超 滤～反渗透”组合工艺技术对城市达标外排污水进行深度处理回用， 大大简化现有城市污水深度处理回用系统的工艺流程、提高膜系统的 运行周期，降低城市污水深度处理回用的投资运行成本，提高城市污 水的利用率，最大限度降低废水排放量。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种膜技术用于城市污水深度处理回用的方法，其特征在于：采 用“简单预处理～压力式超滤～反渗透”组合工艺技术对城市污水进 行深度处理回用。
在上述技术方案的基础上，所述城市污水为市政污水经处理后达 到国家一级或二级排放标准的城市达标外排污水。
在上述技术方案的基础上，具体包括以下步骤：
步骤1，将城市污水经管路输送至多介质过滤单元，多介质过滤 单元出水主要水质指标为：浊度为1.0～2.0NTU，COD为35～40mg/L;
步骤2，多介质过滤单元出水输送至第一级过流式杀菌器进行灭 菌处理;
步骤3，经过灭菌处理后的多介质过滤单元出水进入压力式超滤 膜单元形成超滤产水，所述压力式超滤膜单元采用外压式或内压式超 滤膜组件;
超滤产水浊度为0.5～1.0NTU，COD为30～35mg/L，SDI为1～3， 总铁含量小于0.04mg/L;
步骤4，超滤产水经第二级过流式杀菌器进行二次灭菌处理;
步骤5，经过二次灭菌处理后的超滤产水直接输送至反渗透膜系 统，所述反渗透膜系统具有浓水端反向冲洗功能。
在上述技术方案的基础上，步骤5中所述反渗透膜系统采用部分 反渗透浓水循环的方式，
将一定比例的反渗透浓水与超滤产水混合，然后再经第二级过流 式杀菌器进入反渗透膜系统。
在上述技术方案的基础上，步骤5中所述反渗透膜系统的反渗透 产水主要指标为：
pH为6.0～6.6，
TOC<1.5mg/L，
电导<100μS/cm，
Cl-<12mg/L，
Ca2+<0.1mg/L，
Mg2+<0.01mg/L。
在上述技术方案的基础上，还包括以下步骤：
步骤6，反渗透膜系统的反渗透产水经管道泵输送至用水点。
在上述技术方案的基础上，步骤1中的多介质过滤单元采用石英 砂、无烟煤、活性炭的三层装填方式。
在上述技术方案的基础上，步骤1中的多介质过滤单元采用上进 水下出水的运行方式，清洗过程采用下进上出的反洗方式;
多介质过滤单元的运行周期为12～24h，反洗时间为5～15min， 反洗强度为30～60m3/m2h，反洗过程通入空气强化清洗效果。
在上述技术方案的基础上，所述第一级过流式杀菌器、第二级过 流式杀菌器均采用紫外杀菌的方式。
在上述技术方案的基础上，步骤2中的多介质过滤单元出水在第 一级过流式杀菌器中的停留时间为5～20sec。
在上述技术方案的基础上，步骤3中的压力式超滤膜单元采用中 空纤维柱式膜组件或中空纤维管式膜组件，
所述中空纤维柱式膜组件或中空纤维管式膜组件的膜孔径范围 为0.05～0.15μm，
压力式超滤膜单元运行通量大小为30～100L/m2h。
在上述技术方案的基础上，步骤3中的压力式超滤膜单元采用两 端交替进水的死端过滤方式，或采用控制回收率的错流过滤方式，膜 面错流速度为2～6m/s。
在上述技术方案的基础上，步骤3中的压力式超滤膜单元的自动 运行过程中采用分散洗、加强洗和浸泡洗的周期性操作;
分散洗实现两端交替进水，进水周期分别为15～30分钟，反冲 洗时间为60～120秒;
加强洗和浸泡洗过程中采用酸清洗，酸清洗选用下述酸中的一种 或两种以上：HCl、草酸、柠檬酸、硫酸、硫酸与EDTA的复配清洗剂。
在上述技术方案的基础上，步骤3中的压力式超滤膜单元的化学 清洗周期数为2～6，化学加强洗时采用反渗透产水配制药洗溶液， 酸洗时控制pH2～3，碱洗时控制pH11～12。
在上述技术方案的基础上，步骤4中的超滤产水在第二级过流式 杀菌器中的停留时间为10～30sec，经杀菌后的微生物含量小于 100cfu/ml。
在上述技术方案的基础上，步骤5中的反渗透膜系统采用3～7 支反渗透膜组件串联的方式排列，
步骤5中的反渗透浓水的循环量为进水量的2～5倍，
步骤5中的反渗透膜通量为10～25L/m2h，
步骤5中的反渗透膜系统的回收率为55～70%。
在上述技术方案的基础上，步骤5中的反渗透膜系统的自动运行 过程中采用分散洗、加强洗和浸泡洗的周期性操作;
分散洗实现两端交替进水，进水周期分别为4～48h，反向冲洗 时间为5～20min;
加强洗和浸泡洗过程中采用酸清洗，酸清洗选用下述酸中的一种 或两种以上：HCl、草酸、柠檬酸、硫酸、硫酸与EDTA的复配清洗剂。
本发明所述的膜技术用于城市污水深度处理回用的方法，采用 “简单预处理～压力式超滤～反渗透”组合工艺技术对城市达标外排 污水进行深度处理回用，大大简化现有城市污水深度处理回用系统的 工艺流程、提高膜系统的运行周期，降低城市污水深度处理回用的投 资运行成本，提高城市污水的利用率，最大限度降低废水排放量。
本发明所述的膜技术用于城市污水深度处理回用的方法，可以对 城市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。
本发明所述的膜技术用于城市污水深度处理回用的方法，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。
