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膜技术在非常规水资源开发利用中的应用徐剑徐梅生水世界-中国城镇水网发布时间：2006-12-07【进入论坛】“八五”期间，我国曾建设了日产淡水50rn3/h反渗透苦咸水淡化示范工程，示范工程选用了日东电工美国海德能公司生成的8040－LHY－CPA3卷式复合膜组件。示范工程取得了不同源水含盐量的工艺参数。脱盐效果和耗电量等参数，其数据如表3所示。从表3可见，即使源水电导率高达8728（估计含盐量为6000多mg／L），当水温在20℃左右，水回收率70%左右时，脱盐率高达98.5%而吨水电耗（含预处理）仅1.43度，产品水电导率仅130µs／cm（估计含盐量为60mg／L左右），且无细菌等杂质，产品水可作优质宜饮水。不但制水成本低，且产品水的价值高，是值得大力推广的一项非常规水资源开发利用的实用先进新技术。该示范工程还对反渗透和电渗析法作了投资和制水成本分析，结果如表4所示。从表4可见，在相同产水能力下，电渗析法的投资略低于反渗透法，而制水成本电渗析法则高于反渗透法，此外反渗透法的脱盐率接近99％，而电渗析法仅能达到85—90％，且反渗透产品水中无细菌、病毒等，可供直饮，其价值远高于电渗析产品水，因此总体来说，反渗透苦咸水淡化的优越性软电渗析多。示范工程所在地，已建成从450km外引水的工程，引水工程水价分析结果是：在还贷期间，引水价为3.59元／m3，加上自来水厂净水费用后为4.64元／rn3，还贷后，引水价为1.66元/rn3加上自来水厂净水费用后为2．71元／rn3，可见反渗透苦咸水淡化是项值得推广利用的技术。纳滤（NF）膜早期称为松散反渗透（LooseRO）膜，是80年代继典型的反渗透（RO）复合膜之后开发出来的，其准确定义还没有统一的解释，一般表达为：（l）NF膜介于RO与UF（超滤）膜之间，对NaCI的脱除率在90％以下，RO膜对所有的溶质都有很高的脱除率，但NF膜只对特定的溶质具有高脱除率，如Ca+2，Mg+2。（2）NF膜主要去除直径为1纳米（nrn）左右的溶质粒子，截留分子量为100－1000，对苦咸水进行软化、脱盐是纳滤膜应用的最大市场，在美国目前已有超过40万吨／目规模的纳滤膜装置在运行。（3）纳滤膜的一个很大特征是膜本体带有电荷性，这是它在很低压力下仍具有较高脱盐性能和截留分子量为数百的膜也可以脱除无机盐的主要原因。1997年4月国内建成投产了第一套纳滤高硬度苦咸水淡化软化示范工程（6）。纳滤装置采用Filmtec公司6只8”／q8”NF90膜组件，排列方式为2：1且倒锥形组合。纳滤淡化软化系统在操作压力为0．75MPa、水温16℃、水回收率56％时，产水量约为6rn3/h、产品水电导为660µs／cm（原水为3503µs／cm）、TDS为334.9mg／L（原水为2365m／L）、脱盐率为85.8％、总硬度为27．2mg／L以CaCO3计（原水为1392.9mg／L）、脱硬率为98％，经一级纳滤后的产品水已基本达到国家饮用水标准（GB5749－85），可以直接供饮用。由于操作压力低，纳滤的实际电耗仅为1．43度／m3淡水，与其它淡化方法相比成本低，经济可行。此外，MBR膜生物反应器可以实现无剩余污泥排放，节省了传统工艺中污泥处理的一系列设施。当一体化中空纤维式MBR用于处理生活污水，水力停留时间5－6小时，膜比通量可达8－10L／h．m2.m，MBR出水水质：BOD5＜10mg／L、COD＜20mg／L、SS～0、NH4－N＜0.5mg／L、细菌总数＜20个／ml。基建投资4500－5000元/m3.d，电力消耗＜0.8KWh/m3。根据上述参数，笔者进行制水成本估算，其结果如表5所示。从表5可见，首先投资成本（折旧费）和利息在水处理成本中占46.8—63.7％，因此降低投资是降低成本的最重要因素，其次，降低膜的价格，不但能降低投资费用，同时能降低膜更换费，此外如能实现全自动无人操作，则可省去工资福利费，如果投资能下降一半（2500元／m3），膜价格降到50元／m2，采用全自动操作，则水处理成本可降到1．35元／m3，低于目前国内十大城市平均水价1.45元／m3，因此采用此技术回收处理城市生活污水，作生活杂用水（用于冲厕）或绿化景观浇水、冲洗道路等市政用水，不但具有社会效益和环境效益，而且将产生一定的经济效益。综上所述，随着社会经济的高速发展。城镇化建设的加速、西部大开发的展开、居民生活水平和质量的提高，淡水资源的短缺和水污染（如不加以控制）将越来越严重，因此，研究开发非常规水资源的新技术、新工艺、新设备、新材料的任务十分紧迫，膜技术是20世纪60年代研究开发的新技术，至今已在非常规水资源的开发中显现其明显的优越性，应用在海水淡化、苦咸水淡化、城市污水回用和工业废水处理和回用等方面，不但在技术上可行，而且在一定条件下，经济上也是合理的，可取得重大的社会、环境和经济效益，不但有现实意义，而且具有深远的意义。中水回用工程前景探讨樊凌云1，欧阳球林2水世界-中国城镇水网发布时间：2007-01-05【进入论坛】缺水已成为一个全球面临的紧迫问题。我国是世界上21个最缺水的国家之一，水资源已成为我国最严重的资源问题之一。随着近年来经济的飞速发展，人们也越来越认识到环境问题严重性，高敲响了水危机的警钟。所以科学合理地利用水资源成为首要解决的问题之一。对于缺水的现状，节水是缓解这一问题较现实较直接有效的办法，而中水工程即污水回用是一条有效的节水途径。今天，回用水的资源利用问题已经提高到新辟水源的高度上来认识。所谓中水，是将生产和生活中的优质杂排水（不含粪便和厨房排水）、杂排水（不含粪便污水）以及生活污水、工业废水、雨水等城市污水，在污水厂中经过处理，达到支队有机物、重金属离子等目的，使污水水质达到河湖排放标准，然后将水送到深度处理厂，经过混凝、沉淀、过滤、消毒等工艺过程或利用膜技术深度处理，从而可作为非饮用水的用水称为中水。在城市生活、生产用水中，约有40%的水是人们生活紧密接触的，例加洗浴、饮用等，这些方面对水质要求很高，不能被中水替代；还有多达60%的水是用在工业用水、农业灌溉、环卫用水和绿化用水等方面，其中部分对水质要求不高，若使用中水不仅在水质上完全符合用水标准，而且将节约大量的新鲜水源，有着极大的发展前景。1中水回用的国内外现状美国在1975年的中水利用量占总取水量的38.7%，并以每年4%~5%递增。南非温得和克市已建成处理能力为450m3/d的污水回用作中水的系统。印度孟买已建成7座处理能力为150~250m3/d的中水工程，用于补充空调冷却用水。日本在1989年有844套中水设施，东京市就有日处理量约为200m3的中水系统建筑物60余座。而我国在中水回用方面起步较晚，但中水回用已受到广泛关注，尤其在缺水城市。我国北京市目前已建成首都机场、中国国际贸易中心、清华浴池等几十项中水工程，总设计能力约3000m3/d。大连、天津、青岛、太原、深圳等城市也先后建成一系列中水工程。《北京市中水设施建设管理试行办法》规定：新建的面积2万m2以上的旅馆、饭店、公寓等，新建的面积3万m2以上的机关、科研单位、大专院校、大型文化体育建筑等，按规定应配套建设中水设施的住宅小区、集中建设区等都应配套建设中水设施，现有建筑属前两项的可根据条件逐步配建中水设施。除集中中水回用外，还有分散型的污水回用，如小区中水回用，大型商业楼、酒店等。如大连香格里拉大饭店中水回用工程设计规模为60m3/d，采用MBR工艺，占地48m2。2001年10月投产以来运行性能良好，出水水质COD为3.92~7.84mg/L（平均6.16mg/L），BOD为0.45~0.67（平均0.57mg/L），SS=0mg/L，其水质完全达到了《生活杂用水水质标准》。3.1中水水源中水水源大体可分为以下几种来源：（1）雨水。水质较好，是一个重要水资源，根据建筑物形状和规模，可设置利用雨水和中水系统。但是，水量受到自然条件的限制。例如，东京大卵多功能体育馆建有雨水利用型中水系统，从穹形薄摸屋顶收集雨水到贮存池，在经过滤后进入中水回用系统。雨水贮存池还供应消防用水，利用雨水使年用水量降低8%。（2）厨房排水回用。饭店厨房全部用水作为中水用水的原水。但是厨房排水为高浓度有机废水，因此中水处理设施采用40m以上的深层曝气槽，占地面积少，供氧能力高，所需面积仅为普遍曝气槽的1/20，所需动力只有普遍曝气槽的1/8。特别适应于租借大厦的饮食业厨房排水的中水系统，例如日本梅田中心大楼中水回用系统。处理流程为：厨房排水——格网——调节槽——深层曝气槽——脱气槽——沉淀槽——砂滤槽（消毒）——中水槽（回用）。出水水质达到非饮用水标准。（3）杂排水回用。采用洗手、浴室、照相室排水等作为原水，污染负荷较低，宜采用曝气过滤法。例如日本镰仓市竹中工务店大船家族宿舍的中水回用系统。其流程为：杂排水——格网——贮水池——潜水泵——调节槽（预曝气）——泵——曝气过滤槽——流量计——处理水槽——（投药）——回用。（4）建筑小区生活污水。将建筑小区的洗涤用水或厨房杂排水收集，经简单处理后在本小区回用于冲厕、浇洒绿地等。这种水源流量稳定，适合长期运行。例如北京天通苑居民生活小区中水工程设计处理水量为1200m3/d。原水来源为居民小区生活污水。中水用途为绿化和洗车。（5）污水处理厂的出水。水质好流量稳定，可以用于城市的绿化、洗车等多项用水。例如酒仙桥中水处理厂。其处理规模为6万m3/d，工艺流程为：酒仙桥污水处理厂出水——细格栅——进水泵房——（加絮凝剂）——管道混合器——配水井——机械加速澄清池——滤池——清水池——用户。可见中水来源十分充足，完全可因地制宜地加以利用。3.2中水的处理技术中水处理目前已比较完善和成熟，常用的处理方法有以下几种。（1）生物处理法：利用微生物的吸附、氧化分解污水中的有机物的处理方法，包括好氧生物处理和厌氧生物处理。中水处理多采用好氧生物处理技术，包括活性污泥法、接触氧化法、生物转盘等处理技术。（2）膜处理技术：污水经过粗滤后，再经过膜过滤分离。其特点是装置紧凑，容易操作，受负荷变动的影响小。（3）物理化学法：以混凝沉淀（汽浮）技术及洗性炭吸附相组合为基本方式。与传统二级处理相比，提高了水质。（4）生物与物化法相结合的组合工艺：包括活性污泥法与膜法分离的组合工艺以及生物接触氧化与流动床过滤的组合工艺。3.3中水利用的经济评价污水处理作为中水原水，无疑增加了处理设施建设费、运行费和管道铺设费。但从长远来看，中水回用在经济方面具有以下的优越性：（1）中水就近回用，缩短了运输距离；由于减少了城市供水的和排水量，从而减轻了城市给水排水管网的负荷，对总投资而言是经济的。（2）以污水再生作为水源，经济上低于开发其他水源。为了取得水源，一些城市不惜远距离调水。由于水源的污染，一些水厂不得不花费重金将取水口上移。北京从怀柔水库引水修建的供水规模为100万m3的水源九厂，工程投资为7亿元，张坊水库总投资为7.2亿元。处理1m3污水的工程建设投资大约为1200~1500元，处理相当于1m3自来水的污水投资约为960~1350元（按80%~90%计），那么城市每日供应1m3自来水，不包括供水管网和排水管网，其总投资约为2160~2850元，而中水处理工程造价约为同等规模上、下水工程造价的35%~60%。（3）中水管道的维护管理费低于上下水维护管理费，而随着上下水价格的提高，中水的成本逐步接近上、下水费。使用1m3的中水就相当于少用1m3的上水，同时少排放接近1m3的污水，这就相当于2m3的上下水的价格和维护费用，故利用中水是合算的。（4）可节约用水，有利于可持续性发展。中水回用可节省水资源，减少水资源污染，具有良好的社会效益、环境效益和经济效益。一般而言，商住小区设置中水系统可节水70%，相关单位可节水40%，民用住宅可节水30%。在日本，某些建筑物节水率达76%。（5）运行费用有较大程度降低，如大连香格里拉大饭店中水回用工程运行成本为1.665元/m3，而目前大连市旅游业、