污水处理厂的再生水药剂成本和关键问题

污水处理厂的再生水药剂成本和关键问题
今天要主讲的是东区再生水厂工程，这个项目于2011年2月建成投产，设计产水能力为20000 m3/d，生产工艺采用微滤MF(Microfiltration)与反渗透RO(Reverse Osmosis)组合工艺，这个“神秘的过程”就是这样的：
再生水厂源水为小红门污水处理厂的二级出水，它的特性是这样的：
由污水变为合格的高品质再生水，它是用什么改变了自己的身份呢?
通常膜法水处理工艺在实际生产运行中需要使用多种药剂，其中包括杀菌剂、阻垢剂、还原剂、pH调节剂、清洗剂等，同时为保证膜系统的稳定运行工况，需要根据进水水质和膜的污染情况对其进行定期的清洗和保养，通常根据设计要求微滤膜系统每1~7 d需要进行一次杀菌清洗，当跨膜压差达到0.15~0.2 MPa时需要进行化学清洗;当反渗透系统跨膜压差达到0.15~0.2 MPa时需要进行化学清洗，总之是个负责的过程。

东区再生水厂主要生产药剂投加情况，清洗维护频次及药品投加量如下所示，而清洗频次和药剂使用量则是根据膜系统实际运行情况决定。

而各个药剂在使用过程中所占的比重就是这样的：
你想知道污水变身的药剂要花多少“黄金白银”吗?通过三年权威的蹲点守候，我们拿到了第一手的数据。

而且计划没有变化快，现实总是和我们设想的不一样，设计值和实际运行中间永远要差着无数的小试、中试、现场试验~
实际成本比例就是这样的：
杀菌剂
双膜工艺杀菌剂设计使用量为71.23 g/m3，通过对3年实际生产中的杀菌剂使用量进行统计，2011年、2012年、2013年杀菌剂使用量分别为80.15 g/m3、84.09 g/m3、97.69 g/m3，分别比设计使用量增加了12.5%、18.05%、37.15%。

其主要原因在于为保证整个系统的运行稳定，减少微生物的污染，在夏季对进、出水增加了杀菌剂的使用量，同时随着微滤系统使用时间的增加，膜抗污染性能的降低也导致了清洗频次和杀菌剂用量的增加。

从使用成本来看设计使用成本为0.085元/m3，2011年、2012年、2013年实际使用成本分别为0.096元/m3、0.101元/m3、0.12元/m3，分别比设计使用成本增加了12.9%、18.8%、41.2%。

杀菌剂的使用与来水
水质有着密切的关系，尤其在夏季，如上游污水处理厂出水到再生水厂进水端能够保证有足够的余氯，再生水厂进水就可以减少杀菌剂的投加，从而降低杀菌剂的使用量和成本的支出。

杀菌剂虽然单价便宜，但其用量最大，故在总成本中排名第一，应在实际生产中予以重点关注。

阻垢剂
再生水厂阻垢剂设计使用量为3.28 g/m3，通过对3年实际生产中的阻垢剂使用量进行统计，2011年、2012年、2013年阻垢剂使用量分别
为3.04 g/m3、3.32 g/m3、3.19 g/m3, 分别比设计使用量降低7.3%、上升1.2%、降低2.7%。

从使用成本来看，设计使用成本分别为0.098元/m3，2011年、2012年、2013年实际使用成本分别为0.091元/m3、0.099元/m3、0.095元/m3，分别比设计使用成本降低7.1%、上升1%、降低3.1%。

2011年再生水厂处于调试阶段，故药剂用量有所波动，其他两年药剂
实际使用量和成本与设计值相比变化不大，其原因在于上游来水中影响结垢的离子种类和含量较为稳定，进水含盐量变化不大，3年TDS平
均进水浓度为640~700 mg/L，故在实际生产中阻垢剂投加量较为稳定，与实际设计值较为接近。

根据3年的实际生产情况，可以考虑降低阻垢剂的投加量，以节约其使用成本，原因如下：首先设计时为降低反渗透系统受无机盐结垢污染的风险，阻垢剂投加量偏于保守，通常为3 mg/L;其次，基于多年来实际
运行情况，进水TDS较为稳定，反渗透系统受无机盐结垢污染并不明显，主要体现在酸洗后压差变化不大。

因此可以考虑在保证系统安全运行的前提下将阻垢剂投加量降低，由于阻垢剂单价昂贵，降低用量能够直接实现药剂成本的大幅度下降，当投加量由3 mg/L降至2 mg/L时，年阻垢剂成本将减少24万元。

还原剂
还原剂设计使用量为3.69 g/m3，2011年、2012年、2013年还原剂实际使用量分别为2.98 g/m3、3.61 g/m3、3.29 g/m3，分别比设计使用量下降了19.2%、2.2%、10.8%。

设计使用成本为0.013元/m3，2011、2012、2013年实际使用成本分别为0.011元/m3、0.013元/m3、0.012元/m3，分别比设计使用成本下降了15.3%、0%、7.7%。

还原剂的投加量主要受反渗透系统前端进水余氯值的影响，在满足脱除水中余氯的前提下，还要有一些安全储备量。

由于2011年按照设计投加量投加进水杀菌剂，导致反渗透前端进水余氯值偏低，还原剂投加量也相应降低，但生物污染也较为严重;之后调高进水杀菌剂的投加量，余氯量也随之上升，随着余氯量的增高，2012年、2013年还原剂投加量基本与设计值相当。

对于还原剂的成本控制应做到在控制好进水微生物污染的前提下，尽量减少杀菌剂的投加，保持余氯量在一个稳定的区间，这有助于控制还原剂的投加量，降低药剂使用成本。

pH调节剂
工业级的NaOH由于其价格低廉和便于取得的特征，通常作为pH调节剂在再生水生产中使用。

再生水厂反渗透出水端设计添加NaOH，反渗透产水多为弱酸性，pH在5.3~6.2波动，为达到满足供水设计指标和保护管网的目的，通常根据产水实际pH投加NaOH予以调节。

在实际生产中反渗透产水pH基本稳定，因此3年的NaOH投加量基本保持在4 g/m3，药剂投加成本约为0.006 8元/m3，由于pH调节剂投加稳定、用量少，因此可以不作为成本关注的重点。

清洗剂
系统的HCl设计使用量为10.95 g/m3，2011年、2012年、2013年HCl实际使用量分别为2.09 g/m3、5.31 g/m3、2.62 g/m3，分别比设计使用量下降了80.9%、51.5%、76.1%。

系统的设计使用成本为0.025元/m3，2011年、2012年、2013年实际使用成本分别为0.005元/m3、0.012元/m3、0.006元/m3，分别比设计使用成本下降了80%、52%、76%。

HCl的实际使用量之所以比设计使用量有大幅度的降低，在于本系统源水为市政生活污水处理后二级出水，其含盐量较低，离子成分较为稳定，微滤和反渗透系统受无机盐污染较轻，因此酸洗频次及药剂使用量远低于设计酸洗频次和使用量，基于上述原因，HCl的使用成本也远低于设计使用成本。

NaOH的设计使用量为14.1 g/m3，2011年、2012年、2013年NaOH 实际使用量分别为15.42 g/m3、16.15 g/m3、22.8 g/m3，分别比设计使用量增加了9.4%、14.5%、61.7%。

系统的设计使用成本为0.024
元/m3，2011年、2012年、2013年实际使用成本分别为0.026元/m3、0.027元/m3、0.039元/m3，分别比设计使用成本增加了8.3%、12.5%、62.5%。

NaOH的实际使用量和投加成本都远高于设计值，其原因主要有以下两点。

(1)以市政生活污水处理后的二级出水为源水的双膜工艺，受微生物、细菌和有机物的影响较大，系统的有机物污染程度远远高于无机盐污染。

源水有机物含量直接影响到双膜系统的清洗频率和用药量，当进水水质极为恶劣时微滤系统每8~12 h就需要进行清洗，远高于设计的30 d清洗时间;反渗透系统也是如此，当前端有机污染不能得到很好的控制或前端过滤部件出现问题时就会引起系统受到有机物的快速污染，使系统清洗频次和用药量大幅提高，污染严重时每15~30 d就需清洗一次，远高于设计90 d清洗一次的要求。

(2)从3年的统计数据可以看出NaOH的使用量逐年呈上升趋势，这间接反应了膜系统抗污染性能的下降，同时也说明了膜的经济使用寿命在逐步降低，随着膜的使用时间不断增加、膜污染的不断累积和膜材料的老化，其自然使用寿命和经济使用寿命都在缩短，同时膜系统的维护成本将大大提高，当膜的维护成本高于其价值时，应考虑予以更换。

基于实际生产情况，对于HCl的成本控制，可根据膜系统无机盐污染的情况决定清洗频次和用药量即可。

对于NaOH的成本控制，应重点关注进水水质，控制好微生物及有机物的污染，做好预处理设施的维护，保证其发挥应有的截污效果。

同时应做好日常膜系统的维护保养工作，使其在良好的状态下运行，这样不但有助于延长膜的使用寿命，也可以大幅度降低清洗药剂的使用。

下面我们以2012年为例，用两个表格来详细的看一下到底有什么区别：
接下来我们要做一个课堂总结了，同学们请拿出小本本，认真记笔记。

精华，这都是精华!
从设计值可以看出阻垢剂在总吨水成本中占比第一，次氯酸钠占比第二。

但从3年实际运行数据统计和分析中可以看出，在双膜法工艺中次氯酸钠用量最大，虽然药品单价不高，但因其使用量占比最大，故药剂的使用成本占比第一，应作为重点成本控制对象。

同时还应对阻垢剂予以特别关注，虽然其投加量不大，但其单价在所有药品中最高，达到30 000 元/t，因此其在吨水费用占比位居第二，阻垢剂用量的变化能够引起药
剂总成本较大幅度的变化。

通过设计值与实际值的对比，可以看出两者略有不同，在今后市政污水回用的设计中应充分考虑有机物和微生物对系统的污染。

在以后的生产过程中应重点对杀菌剂和阻垢剂予以关注，并结合进水水质做进一步的深入研究。

这个就当做课后作业吧，大家自行研究，一起讨论~。