山東省屬于嚴(yán)重缺水地區(qū)。青島市黃島區(qū)全年用水總量為1.97x108m3，工業(yè)用水占37.9%，水資源短缺已成為制約地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸。為進(jìn)一步優(yōu)化水資源配置，充分開發(fā)第二水源，以污水廠合格出水為原水，實(shí)現(xiàn)中水精制滿足工業(yè)用水需求是可行的解決方案。工業(yè)用水主要是脫鹽軟水，污水廠出水完全滿足水源條件,且相比自來水，費(fèi)用更低。黃島北部工業(yè)園區(qū)需工業(yè)用水20000m3/d，擬通過精制污水廠出水，實(shí)現(xiàn)中水脫鹽回用,充分利用城市第二水源，緩解青島用水緊張局面，同時(shí)為全區(qū)中水回用建立示范工程。筆者以青島市黃島區(qū)精制中水回用站為例，介紹精制中水回用站設(shè)計(jì)及運(yùn)行，為地區(qū)乃至全國的中水精制提供參考與技術(shù)支持。

1 項(xiàng)目背景

青島市黃島區(qū)精制中水回用站位于南辛安河以北、疏港高速以西，占地為1.86hm2,項(xiàng)目采用B00形式，總投資為2.1億元。以污水廠合格出水為原水，一期設(shè)計(jì)供水量為20000m3/d,為黃島區(qū)北部工業(yè)園區(qū)，包括麗東化工、思遠(yuǎn)化工及青島煉化等用水大戶供水。

污水廠出水為典型的低溫、低濁水，給預(yù)處理增加了難度[1-3];同時(shí)，工業(yè)用水為脫鹽軟水，脫鹽要求較高;另外，工藝產(chǎn)生的廢水需達(dá)標(biāo)外排。結(jié)合幾方面難點(diǎn)，最終選擇以高效沉淀―超濾—反滲透為核心的處理工藝。為保證出水脫鹽要求，反滲透采用兩級(jí)流程[4]，一級(jí)產(chǎn)水部分進(jìn)入二級(jí)進(jìn)行深度脫鹽，以保證總出水脫鹽要求。

2 工程設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)水質(zhì)與水量

設(shè)計(jì)產(chǎn)水量為20000m3/d，設(shè)計(jì)進(jìn)水量為34776m3/d(其中包含水源熱泵系統(tǒng)用水6216m3/d),外排水量為14616m3/d。進(jìn)水為黃島某污水廠出水，達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn),外排水按一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，產(chǎn)水滿足工業(yè)除鹽水要求,脫鹽率>98%。具體設(shè)計(jì)水質(zhì)如表1所示。

表1 設(shè)計(jì)水質(zhì)

2.2 工藝流程

整個(gè)回用站分為產(chǎn)水、濃水及污泥三個(gè)系統(tǒng)，工藝流程分別如圖1~3所示（圖中數(shù)字單位:m3/h)。產(chǎn)水系統(tǒng)以高效石灰軟化沉淀池、超濾、兩級(jí)反滲透為核心，總回用率為57.49%;濃水系統(tǒng)以活性炭沉淀池為核心[5]，出水達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)；污泥系統(tǒng)采用板框壓濾機(jī)，污泥含水率<80%后外運(yùn)。

各工藝段水質(zhì)要求:預(yù)處理以去除膠體及懸浮物為主，并采用石灰軟化，出水調(diào)節(jié)pH值至弱堿性;超濾作為反滲透的預(yù)處理,延長反滲透運(yùn)行周期及膜壽命，超濾脫鹽率<10%;反滲透為主要脫鹽工藝，反滲透進(jìn)水需嚴(yán)格控制pH值及氧化物，防止被污堵及氧化，各工藝段水質(zhì)控制見表2。

表 2 各主要工藝段設(shè)計(jì)水質(zhì)

2.3 預(yù)處理系統(tǒng)

預(yù)處理系統(tǒng)由集水池、調(diào)節(jié)池、高效池、清水池組成，設(shè)計(jì)流量為1600m3/h。集水池與調(diào)節(jié)池合建;集水池1座，有效池容為378m3,尺寸為23.0mx4.7mx4.2m;調(diào)節(jié)池1座，有效池容為3933m3，尺寸為45.0mx23.0mx4.2m;高效池2座合建，總有效池容為1654m3,尺寸為28.5mx20.05mx6.3m;高效池分為快速混凝區(qū)、石灰反應(yīng)區(qū)、絮凝區(qū)、沉淀區(qū)、pH調(diào)節(jié)區(qū)，HRT分別為2.26、2.26、11.3、46.2、0.42min;清水池2座，單池有效池容為400m3，尺寸為9.5mx7.25mx6.5m。

集水池設(shè)有立式離心提升泵3臺(tái)（2用1備），單臺(tái)設(shè)計(jì)流量為800m3/h，揚(yáng)程為60kPa;調(diào)節(jié)池設(shè)有立式離心提升泵3臺(tái)（2用1備），單臺(tái)設(shè)計(jì)流量為800m3/h，揚(yáng)程為150kPa。調(diào)節(jié)池同時(shí)設(shè)有4臺(tái)潛水?dāng)嚢铏C(jī)，單臺(tái)功率為6.5kW，葉輪轉(zhuǎn)速為303r/min;高效池各設(shè)有3臺(tái)污泥排放/循環(huán)螺桿泵（2用1備），共6臺(tái)，流量為40m3/h,揚(yáng)程為200kPa;高效池的快速混凝區(qū)、石灰反應(yīng)區(qū)、絮凝區(qū)、pH調(diào)節(jié)區(qū)各設(shè)置攪拌器1臺(tái)，沉淀區(qū)各設(shè)刮泥機(jī)一套。

調(diào)節(jié)池投加次氯酸鈉2mg/L，高效池投加PAC25mg/L、熟石灰100mg/L、PAM0.3mg/L(陰離子)。

2.4 超濾系統(tǒng)

超濾系統(tǒng)由自清洗過濾器、超濾池、超濾產(chǎn)水池組成，設(shè)計(jì)流量為1325m3/h。自清洗過濾器3臺(tái)，過濾精度為100um，出水濁度<=1NTU,SDI<=5;規(guī)格 480mmX1600mm，本體材料為碳鋼襯塑，設(shè)計(jì)壓力為1.0MPa,進(jìn)水壓力>0.1MPa，單臺(tái)設(shè)計(jì)處理流量為450m3/h;手動(dòng)模式時(shí)，連續(xù)運(yùn)行4h后自動(dòng)清洗15s。超濾裝置共7組（6用1備），由碳鋼支架、UPVC和不銹鋼管路、超濾膜組成，采用UNA-620A型超濾膜，膜公稱孔徑為00.1um，每臺(tái)過濾瞬時(shí)通量為235m3/h,76支膜/組，尺寸為8080mmX1830mmX4284mm，設(shè)計(jì)壓力為1.0MPa，運(yùn)行壓力為0.25MPa，產(chǎn)水濁度<0.2NTU,SDI<=3,水洗強(qiáng)度為5〇?l2〇L/(m2h),氣洗強(qiáng)度為5~15Nm3/(h.支膜），系統(tǒng)回收率=>90%。超濾產(chǎn)水池有效池容為560m3。

超濾給水泵4臺(tái)（3用1備），設(shè)計(jì)流量為480m3/h,揚(yáng)程為300kPa;超濾反洗杲2臺(tái)（1用1備），設(shè)計(jì)流量為230m3/h,揚(yáng)程為250kPa;超濾清洗栗2臺(tái)（1用1備），設(shè)計(jì)流量為230m3/h,揚(yáng)程為250kPa;均為臥式離心泵。

超濾分為過濾、氣水反洗、維護(hù)性清洗EFM、化學(xué)清洗CIP、氣密性檢測PDT幾種狀態(tài)，維護(hù)性清洗及化學(xué)清洗需投加次氯酸鈉、氫氧化鈉、鹽酸。過濾30min后反洗，反洗5~10min;反洗達(dá)到48次后進(jìn)行EFM清洗；反洗達(dá)144〇次后，進(jìn)行CIP清洗；EFM周期約1次/(1~2)d，CIP周期約1次/30d。

2.5 反滲透系統(tǒng)

反滲透系統(tǒng)包括保安過濾器、一級(jí)反滲透、一級(jí)反滲透產(chǎn)水池、R0濃水池、二級(jí)反滲透、產(chǎn)品水池。一級(jí)反滲透設(shè)計(jì)流量為1260m3/h，濃水設(shè)計(jì)流量為353m3/h，二級(jí)反滲透設(shè)計(jì)流量為490m3/h。保安過濾器6臺(tái),5臺(tái)與一級(jí)反滲透配套，1臺(tái)與化學(xué)清洗配套，規(guī)格 450mmX1200mm，臥式圓筒，筒體材質(zhì)SS316L,濾芯材質(zhì)PP，4支/臺(tái)大通量濾芯，過濾精度為5um，流量為260m3/h，工作壓力為0.2?0.4MPa，前后工作壓差<0.10MPa,進(jìn)水SDI<3、SS<1mg/L。系統(tǒng)采用5組產(chǎn)水量為181.5m3/h的反滲透處理膜組，每套39個(gè)壓力容器，排列比為26:13,每個(gè)壓力容器內(nèi)裝有7支反滲透膜，5組共計(jì)1365支膜，運(yùn)行壓力為1.5~2.5MPa,脫鹽率=>98%,回收率為72%。二級(jí)反滲透采用3組產(chǎn)水量為165m3/h的反滲透處理膜組，每套16個(gè)壓力容器，排列比為12:4,所有壓力容器安裝在一個(gè)機(jī)架上;每個(gè)壓力容器內(nèi)裝有7支卷式復(fù)合反滲透膜,3組共計(jì)336支膜；二級(jí)反滲透系統(tǒng)回收率設(shè)計(jì)為85%,系統(tǒng)脫鹽率&96%，單支膜的脫鹽率>99.5%。一級(jí)反滲透產(chǎn)水池1座，有效池容為400m3;R0濃水池1座，有效池容為650m3;產(chǎn)品水池2座，總有效池容為8000m3。

一級(jí)反滲透給水泵5用1庫備，設(shè)計(jì)流量為252m3/h,揚(yáng)程為450kPa;—級(jí)反滲透高壓栗5臺(tái)，設(shè)計(jì)流量為252m3/h，揚(yáng)程為1.7MPa;—級(jí)反滲透段間增壓泵5臺(tái)，設(shè)計(jì)流量為128m3/h，揚(yáng)程為450kPa;—級(jí)反滲透沖洗泵1用1備，設(shè)計(jì)流量為130m3/h,揚(yáng)程為400kPa;二級(jí)反滲透高壓栗3臺(tái)，設(shè)計(jì)流量為165m3/h,揚(yáng)程為1.45MPa;化學(xué)清洗泵2臺(tái)，設(shè)計(jì)流量為130m3/h,揚(yáng)程為400kPa;均為臥式離心泵。

阻垢劑采用母管投加，還原劑與反滲透一 一對(duì)應(yīng)投加；殺菌藥劑采用非氧化殺菌劑，設(shè)計(jì)投藥量=>50mg/L;化學(xué)清洗采用氫氧化鈉、鹽酸、EDTA清洗。

2.6 活性炭沉淀池

活性炭沉淀池1座,設(shè)計(jì)處理量為400m3/h。包括活性炭快速混合池（4.2mX4.2mX7.7m)，有效容積為115m3,停留時(shí)間為17.3min;PAC快速混合池(4.75mX4.75mX7.7m)，有效容積為146m3,停留時(shí)間為21.95min;絮凝池尺寸為2.5mx4.75mx7.7m,有效容積為91m3,停留時(shí)間為13.72min;沉淀池（8.0mx8.0mx7.7m)有效容積為415m3,停留時(shí)間為62.2min。

中和水池設(shè)有提升栗2臺(tái)（1用1備），流量為30m3/h,揚(yáng)程為150kPa;活性炭沉淀池設(shè)有提升泵2臺(tái)（1用1備），流量為400m3/h,揚(yáng)程為150kPa,污泥排放/循環(huán)泵3臺(tái)（2用1備），流量為40m3/h,揚(yáng)程為200kPa。

活性炭快速混合池投加粉末活性炭，設(shè)計(jì)投加量為150mg/L;PAC快速混合池投加PAC，設(shè)計(jì)投加量為25mg/L;絮凝池投加PAM，設(shè)計(jì)投加量為0.5mg/L0

2.7 污泥處理系統(tǒng)

系統(tǒng)污泥包括高效沉淀池污泥、活性炭沉淀池污泥，污泥濃縮池2座，單座尺寸為 10mX5.5m，污泥輸送泵3臺(tái)（2用1備），流量為50m3/h，揚(yáng)程為800kPa,濾布沖洗泵1臺(tái)，流量為13m3/h，揚(yáng)程為6MPa;板框壓濾機(jī)2臺(tái)，進(jìn)泥含水率為95%，泥餅含水率矣80%，絕干泥量為201/(臺(tái)d),單臺(tái)功率為55kW。輸送泵前投加PAM,設(shè)計(jì)投加量為5mg/L(陽離子）。

2.8 空壓系統(tǒng)與水源熱泵系統(tǒng)

空氣壓縮機(jī)2臺(tái)（1用1備），流量為3.5m3/h，W=1.0MPa;冷干機(jī)1臺(tái)，流量為3.5m3/h;空氣儲(chǔ)罐3臺(tái)，2臺(tái)2m3,1臺(tái)5m3。

水源熱泵，熱交換機(jī)1臺(tái)。

2.9 加藥

系統(tǒng)加藥如表3所示。PAM采用螺桿泵投加，PAC等一般藥劑采用電磁計(jì)量泵投加，雙膜清洗投藥采用氣動(dòng)隔膜泵投加。

3 系統(tǒng)調(diào)試與運(yùn)行

整個(gè)項(xiàng)目于2016年6月開始施工，2017年3月開始通水調(diào)試,2017年4月正式供水，供水量根據(jù)需求方調(diào)整，按設(shè)計(jì)參數(shù)運(yùn)行。目前原水流量為1025m3/h,供水量為625m3/h，外排水量為400m3/h,總回收率為60.97%。產(chǎn)水pH值為7~8，濁度<2NTU，電導(dǎo)率為50~60uS/cm，TDS為20~40mg/L,COD<2mg/L,脫鹽率>98.6%;外排水COD<50mg/L,氨氮<5mg/L;污泥產(chǎn)量為30t/d,含水率<80%。實(shí)際運(yùn)行中，脫鹽效果較好,暫時(shí)未開啟二級(jí)反滲透即可滿足出水要求。

4 投資運(yùn)行費(fèi)用

項(xiàng)目整體投資為2.1億元。由于供水負(fù)荷不同，能耗、物耗的噸水費(fèi)用不同，以75%的負(fù)荷率核算，物耗（藥耗）為1.5元An3,能耗（電耗）夏季為2.5kW.h/m3,冬季為3.0kW_h/m3。藥耗部分主要包括預(yù)處理部分的熟石灰、混凝劑、絮凝劑、次氯酸鈉;超濾部分的鹽酸、氫氧化鈉；反滲透部分的阻垢劑、還原劑及相關(guān)清洗藥劑。

5 結(jié)論

① 以污水廠一級(jí)A出水為原水，通過高效預(yù)處理、雙膜工藝可達(dá)到工業(yè)脫鹽水要求;反滲透濃水通過活性炭沉淀池處理，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn);污泥經(jīng)過濃縮、板框壓濾，含水率<80%。

②供水量為625m3/h時(shí)，產(chǎn)水PH值為7~8,濁度<2NTU，電導(dǎo)率為50~60uS/cm,TDS為20~40mg/L，COD<2mg/L,系統(tǒng)脫鹽率>98.6%，總回收率為60.97%;污泥產(chǎn)量為30t/d,含水率<80%;超濾回收率多90%,—級(jí)反滲透回收率為72%。

來源：環(huán)境邦     作者：環(huán)境邦