天津开发区污水再生利用工程工艺简介

中国建设报 2003-11-07

　　天津开发区新水源一厂选址在天津开发区污水处理厂东侧，以污水处理厂出水为水源，占地约2万m2，远期规模连续流微滤（CMF）5～6万m3/d。反渗透（RO）3～4万m3/d。厂房及主工艺输水管道一次建成，设备分期建设。

工艺流程及工程描述

　　工艺流程由于国内尚无污水脱盐处理的研究成果和工程实践，从2001年1月3日开始进行的污水脱盐深度处理中间试验，经过近一年试验确定天津开发区污水脱盐深度处理工艺污水处理厂生化处理后出水由污水处理厂出水泵至再生水厂（新水源一厂）调节池，为抑制微生物繁殖，可投加液氯（1～2mg/L)。若废水中不含氨氮，需投加氢氧化氨（2～4mg/L)以确保游离氯含量少于0.05mg/L。
　　原水调节池设有液位计，以监控池内液位。原水由泵送至两列（每列含五台）CMF连续微过滤系统，CMF供给泵共三台（二用一备）。每列一台CMF供给泵由一台变频器控制。变频器由总PLC根据流量、进流压力和过膜压差（TMP）控制。每列CMF总流量由一台流量计监控，并没有pH计、ORP计、总氯计、自由氯计、浊度计、压力计和温度计以监测进流水水质。废水进入CMF前经过一个自动清洗粗滤器（500μm)。粗滤器反冲是按压差或时间自动操作。
　　经过连续微滤设备（CMF），废水中大于0.2微米的固体细菌及不溶性的有机物被CMF隔除。滤液从滤液收集管排出后至处理后水贮槽。水质由浊度监控。反冲水回流至污水厂再进行处理。每台CMF设有独立PLC控制器，以激活各程序，如气反洗、CIP等。一部分CMF滤液流至两台反渗透系统供给槽，槽内设有液位计及空气过滤器。CMF滤液由高压泵泵至两台反渗透设备。反渗透设备进水及出水设有导电计及ORP计以监控其运行。

工艺原理和工艺过程

　　（1）连续流微滤CMF
　　连续流微滤膜（CMF）工艺是在膜的一侧施加一定的压力，使水透过膜，而将大于膜孔径的悬浮物、细菌、有机污染物等截留的处理工艺。
　　连续式微过滤是由微滤膜柱、压缩空气系统和反冲洗系统以及PLC自控系统等所组成。微滤膜柱的直径为120mm，高度为1500mm，内装的中空纤维外径为550μm，内径为300μm，壁孔径0.2μm膜表面积为33m2，20℃时单根微滤膜柱通水量为1.26m3/h。CMF系统的操作由PLC自动控制，水由中空纤维膜外向膜内渗透，正常工作压力很低，工作范围为30～100kpa，最高达到200kpa。一般30～40min用压缩空气反冲一次，反冲时，压缩空气由中空纤维膜内吹向膜外，反冲压力为600kpa（相当于6kg/cm2），时间为1～2min，这种压力一般的膜材料是难以承受的。当进水浓度不稳定时，膜污染加重超过膜前后设定的压差指标时会自动强制冲洗，以保护膜的使用寿命。反冲洗水量（反冲洗水采用原水）为进水量的8～10％。对于经二级处理后的污水处理厂出水作为CMF系统进水时，CMF系统一般工作14～30天需化学清洗一次。CMF系统是模块式设计，易于增容，膜柱中的子模块和附属子模块可以进行更换、隔离、修补，因此即使膜有损坏，也可及时修补，不影响整个系统的正常运行，膜的工作状况可进行完整性测试。
　　（2）反渗透
　　渗透是以外加压力克服渗透压的一种膜分离技术，整个分离过程不发生相应，从而节能、经济、装置简单、操作方便。近30年来，随着膜材料组件、工艺技术长足的发展和工业化水平的提高，反渗透在水处理领域得到越来越广泛的应用。反渗透工艺对于溶解有机物质、溶解盐类、金属离子、微生物病毒和胶体物等均具有较高的去除能力，其中当原水含盐量大于400mg/L时，用其进行含盐水的淡化处理是比较经济合理的。
　　反渗透工艺包括预处理工艺、膜分离工艺和膜的清洗工艺，其中预处理工艺是保证反渗透系统安全运行的必要条件。膜分离工艺可采用组件的不同组合方式，以满足不同处理对象的要求，组件组合又分为一级多段、多级多段等，本项目污水再用采用一级二段式。膜的清洗是反渗透系统中的重要环节，在分离过程中，可溶性无机盐被浓缩，当超出溶解度时，被截留在膜表面形成硬垢，所以要在进水中添加阻垢剂，并适时进行膜的清洗以提高回收率。在进入反渗透前，投加阻垢剂以防止反渗透膜结垢。每台反渗透系统各设一台高压泵和中间加压泵。反渗透出水排至清水池再输送至用户。浓缩液回流至污水处理厂再进行处理或另辟渠道直接排放。

工艺运行步骤及设备运转状况

　　天津开发区新水源一厂示范工程2002年9月底建成通水，10月底完成工艺设备调试，11月份进行试运转阶段，与试运行基本同步，开始向再生水用户供水。
　　进入调试运行后，除了进行少量管道系统调整以外，整体工艺基本持续稳定运行，为示范工程生产性研究提供了良好的基础条件和基本保证。新水源一厂与有关部门相互结合，进行全面的工艺测试和水质分析化验，以评价设备运行效果和整体工艺运行状况。
　　经过10个月的试运行和正常运行，管理水平显著提高，积累了较全面的经验，出水水质持续良好，新水源一厂已经达到正常运行的条件。
　　CMF系统运行新水源一厂一期采用10台澳大利亚Memcor连续微过滤单元（CMF）作为RO系统的预处理单元。CMF是一种膜过滤系统，分为两列，每列5台。每列各有一个总进水管和总出水管与本列各单元的CMF相连。每列进水设置一个110kW压力提升泵，由变频器根据进水管压力控制其工作频率，工作压力为200kpa左右。为保护CMF膜的正常使用，在进水管上装的pH、ORP、浊度、余氯、总氯等分析仪表，以监控进水质量。
　　CMF具有自动化程度高，操作简单，易于维护的特点。每个CMF单元都有一套PLC控制，独立自动地完成所有工作时序和操作流程。其他外围设备和辅助设备由一台主PLC负责控制，主PLC和各单元PLC都串在DH+总线上，当CMF有进水或反洗要求时，先发出请求至主PLC，主PLC检查其所提请求的资源是否可用，如进水泵有无故障、反洗储罐液位、压缩空气压力、酸碱温度、电导等，一切无误后，允许请求。
　　当设备正常滤水时，应在上位机上注意观察如下几个参数：（1）过膜压差（TMP）；（2）当前阻力（CurrentResistence）；（3）进水污染指数（FFI）；（4）膜的整体测试压降值（PDT）。
　　RO系统运行新水源一厂的反渗透设备为两套，每套产量5000m3/d。每套反渗透各有一台PLC和触膜屏，独立控制本套设备的运行和与主PLC的联络，并能在线查询关键数据的历史纪录和实时曲线，故障报警等。为提高设备的产水率，同时保持每个膜组件处于相同的流态，每个系统的反渗透采用一级两段，使产水率达到75％。第一段32组压力管件，每组压力管件内串联六根DOW化学的BW30-365FR的反渗透膜，共192根膜。第一段加压泵250kW，出口额定压为2.2mpa，出水能力为277m3/h。第二段18级压力管件，共108根膜。第三段加压泵75kW，出口额定压力0.6mpa，出水能力为214m3/h。两台加压泵均由变频器控制运行，如此设计既提高了回收率，又降低了运行成本。第一段加压泵的变频器与产水流量计连锁，实现PID调节，保持出水的恒流量，第一年将泵的转数设定为额定转数的80％，每年上调10％。第二段加压泵的变频器与第一段加压泵出口的压力形成比例调解，具体由PLC控制，PLC首先读入第一段加压泵泵后的压力数据，在此数据的基础上加3bar，作为第二段泵变频器的比例调节参数。反渗透前各有一进水储水罐，以保证进水的稳定性和连续性。反渗透后有一清水池，暂时存放反渗透的出水。
　　整个反渗透系统全自动运行，设备一切正常时，反渗透运行依靠外部信号，当进水储罐的水位达到90％，且清水池液位小于90％，阻垢剂泵正常自动启动，反渗透正常运行；当进水储罐的水位低于40％或清水池液位大于98％时，自动停机，若阻垢剂泵出现问题，延时一个小时停机。一切故障解除，报警复位后，条件满足启动时，自动开机。为避免频繁的开停设备，每次停机之后，延时10分钟后再允许启动。每套反渗透设备均配一反洗水灌和两台反洗泵，开机一分钟后时，由反渗透的出水向反洗罐注水，由反洗罐的液位开关控制进水阀的启停，停机或意外停机时，每次交替开启一台反洗泵强制冲洗，以冲刷膜表面，防止盐类或其他物质的沉积，损坏膜体。在进水中添加阻垢剂，减少钙镁离子的沉淀。阻垢剂添加在反渗透的进水管上，一般开始的投加量为3mg/L，根据以后的运行数据和经验，可逐渐减小投加量，以降低运行成本。为避免微生物的繁殖和对膜的腐蚀，反渗透的停机时间不得超过48小时，否则加化学品浸泡保存。

　　（编者说明：天津开发区污水再生利用总体情况请参见2003年9月12日本刊第41期。）