UF RO系统处理污水厂二级出水用于电厂循环冷却水的研究
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Tab.1 Standards comparation of sewage treatment plant secondary effluent water quality and circulation cooling reclaimed water
项目
循环冷却水用再生水标准
原水
pH
6.0～9.0
另外，试验还测定了铁锰铜等金属元素的含量， 以及电导率等指标的变化，发现 UF-RO 系统对这些 指标也有相当程度的去除。
3结论
结果表明，UF-RO 系统对污水厂二级出水的处 理效果良好，已经达到再生水用于循环冷却水的标 准。UF-RO 出水电导率的平均值为 178 μS/cm，去除 率达 92%以上；对 TDS 的去除率保持在 91%左右， 对 CODMn 的去除率高达 96%以上，对碱度的去除率 保持在 90%左右，对 Ca2+、Mg2+ 去除率保持在 98%，
表 3 2 种系统下典型阴、阳离子去除率去除率随压力的变化
Tab.3 Typical anion and cation removal rate changed with the pressure changing in two systems
参数
UF
UF-RO
操作压力 /MPa 0.35 0.40 0.45 0.35 0.40 0.45
关键词：污水二级出水；超滤；反渗透；循环冷却水
中图分类号：X773；TQ028.8 文献标识码：A
文章编号：1000-3770(2012)07-0068-003
随着现代工业的迅猛发展，用水需求也急剧 1 试验部分
增 长 ，其 中 ，火 电 厂 是 工 业 用 水 大 户 ，其 耗 水 量 约 占工业用水量的 20%左右。对一个 2×300 MW 的热 电厂来说，冷却水循环总量约 6 500 m3/h，需要新鲜 补充水 1 000～1 500 m3/h，循环冷却排污水 200～ 400 m3/h[1]。工业生产产生大量废水，在水资源日益 枯竭的情况下，中水回用则可成为工业补给水的一 个重要来源。我国城市污水数量巨大，就近可得，易 于收集，作为城市的“第二水源”要比远距离3;
0.28 0.02 0.06 97.43 98.56 98.32
Mg2+
0.19 0.13 0.08 97.53 98.53 98.35
SO42Cl-
0.98 1.35 1.55 96.14 97.13 97.10 0.59 0.00 0.14 91.75 90.93 89.94
氨氮
0.32 0.27 3.10 87.34 89.33 90.70
碱度
0.00 0.05 0.06 89.47 90.40 91.70
COD
1.63 1.30 9.36 98.09 96.52 99.38
由表 2 可知，仅有超滤时，任何一项指标都没有 得到明显的去除或改善，而在 UF-RO 组合系统中， 各指标的去除效果较为理想。
全膜法水处理工艺是将超滤、微滤、反渗透、EDI 等不同的膜工艺有机地组合在一起，达到高效去 除污染物以及深度脱盐目的一种水处理工艺[2]。其 中，超滤截留分子质量一般为 300 至 50 万[3]，可以 去除病毒、大分子物质、胶体和部分有机物，但是不 能去除小分子和离子等，通常作为预处理；反渗透可 进一步去除 98%的无机离子、硅和剩余有机物[1]。
changed with pressure changing in the two systems
参数
UF
UF-RO
操作压力 /MPa 0.35 0.40 0.45 0.35 0.40 0.45
pH
7.54 7.66 7.80 6.63 6.59 6.57
去除率 /%
TDS
7.50 8.15 7.93 90.66 91.11 91.01
第 38 卷 第 7 期
68
2012 年 7 月
水处理技术 TECHNOLOGY OF WATER TREATMENT
Vol.38 No.7 Jul.,2012
UF-RO系统处理污水厂二级出水 用于电厂循环冷却水的研究
张秀丽 1，徐敏敏 1，李 婧 2，高冠道 1
（1.南开大学环境科学与工程学院，环境污染过程与基准教育部重点实验室，天津 300071； 2.北控水务集团，北京 100195）
原水经过超滤膜、RO 膜，pH 的变化规律基本 上为先升高，后降低。这可能与 2 种膜去除的污染物 种类有关，导致水质发生了微小的酸碱性变化，但是 依然在循环冷却水用再生水的标准范围之内。
RO 膜对 TDS 的去除率随操作压力的增加无 显著提高，保持在 91%左右，最后出水 TDS 为 118～122 mg/L，达到了循环冷却水用再生水标准 （≤1 000 mg/L）的要求。
标准的指标主要有 pH、TDS、氨氮、总硬度、总碱度，
收稿日期：2011-11-24 基金项目：科技人员服务企业行动（2009GJA10014）；水体污染控制与治理科技重大专项（2008ZX07314-003-2） 作者简介：张秀丽（1988－），女，硕士研究生，研究方向为水资源保护与水污染控制工程；E-mail：xlzhang1988@ 联系作者：高冠道，副教授；E-mail：gaoguandao@
超滤对碱度的去除率几乎为零，RO 膜对碱度 的去除率保持在 90%左右，在压力达到 0.4 MPa 后， 继续增加压力对碱度去除率也没有显著提高。出水 碱度约为 36.79～46.05 mg/L，也达到了再生水用于 冷却循环水的标准。 2.2 典型离子的去除
单独的 UF 与 UF-RO 组合工艺水质中典型离 子的去除变化见表 3。
原水首先经过超滤，主要目的是去除水中的悬 浮物质以及部分有机物，以减轻对后续反渗透膜的 污染，原水经超滤膜处理后进入反渗透膜。小试研 究中使用了 2 只超滤膜组件，单只反渗透膜组件，一 级一段连续式配置，超滤膜：聚偏氟乙烯，膜面积 1.5 m2，孔径约 0.01 μm，截留分子质量 40～50 k；反渗 透膜：美国陶氏 TW30-1812-50，聚酰胺复合材料，膜 面积 0.34 m2，纯水通量 189.25 L/h，MgSO4 去除率 （2.5 g/L）98.4%，NaCl 去除率（2.5 g/L）93.1%。在 试验正常运行近 3 个月后，发现反渗透膜产水率较 正常值下降 10%～15%，给水压力增加 10%～15%， 膜的颜色变深，即说明反渗透膜受到了污染，其中最 常见的即为碳酸钙垢和硫酸钙垢等。此时，一般是 取出反渗透膜，用质量分数为 0.2%的盐酸 （用 NaOH 调节 pH 至 2～3）进行清洗浸泡过夜。如此 清洗之后，产水率恢复到之前的 95%。
70
水处理技术
第 38 卷 第 7 期
由表 3 可知，仅有超滤对 Ca2+、Mg2+、SO42+ 和 Cl基本都没有明显的去除效果，而超滤 - 反渗透组合 工艺对 Ca2+、Mg2+ 和 SO42+ 的去除率均达到 96%以 上，对 Cl- 的去除率也保持在 90%左右。整个工艺最 终出水 Ca2+ 质量浓度为 1.60～2.40 mg/L，Mg2+ 质量 浓 度 为 1.67 ～2.43 mg/L， 出 水 SO42+ 质 量 浓 度 为 9.26 ～13.58 mg/L，Cl- 出 水 质 量 浓 度 为 3.2 ～3.7 mg/L，均达到了循环冷却水用再生水的标准。
2 结果与讨论
2.1 pH、氨氮等指标的去除 单独的 UF 与 UF-RO 组合系统水质 pH、TDS、
氨氮、碱度和 COD 等指标的去除率如表 2 所示。
表 2 2 种系统下各指标的去除率随压力的变化 Tab.2 The removal rate of the pH, ammonia, and other indicators
本试验主要监测水中的 pH、TDS、SS、氨氮、总硬 度和总碱度；pH 采用 pH 计测定；TDS 和 SS 采用重量 法测定；氨氮采用蒸馏滴定法测定；总硬度采用 EDTA 滴定法测定，以铬黑 T 为指示剂，用乙二胺四乙酸二 钠标准液标定；总碱度采用指示剂法测定，以甲基橙为 指示剂，用 0.05 mol/L 的 HCl 标准溶液标定。
锰
-
0.025～0.088
铜
≤0.1（锅）
0.026～0.056
氨氮
≤15
27.246～27.872
总磷
≤5
0.052～0.061
Cl-
≤1 000（碳钢），500（不锈钢） 42.69～43.79
SO42-
≤1 500
344.01～364.52
SiO2
≤175
18.08～18.67
分析发现，原水中未达到循环冷却水用再生水
对 NH4+-N 的去除率保持在 90%左右，对 PO43- 基本 能完全去除，对 SO42- 的去除率保持在 97%左右，对 Cl- 去除率保持在 90%以上。最终，各指标均完全满 足热电厂循环冷却水的水质要求。
综上所述，该系统可以作为锅炉补给水前处理 的一个发展趋势，只是在其日常的运行、维护等方面 要求比传统的处理方式要更严格[4]。因此，如何保证 其高效、连续稳定地运行，并进一步提高其产水率是 该系统今后发展的方向。
参考文献：
[1] 杨凤民,邢奕,安永辉.热电厂循环冷却水系统水处理技术挥讨[J]. 给水排水,2007,33(11):184-187.
[2] 刘银玲.全膜法水处理技术在热电项目中的应用[J].核工程研究 与设计,2008,73:55-57.
[3] 张燕,王炳玉,王站.超滤在反渗透系统中的应用[J].莱钢科技, 2011,1:16-18.
摘 要：采用超滤 - 反渗透处理污水厂二级出水，其中将超滤作为预处理，结果发现，反渗透膜对无机离子的去除率
较高。CODMn 去除率达到了 96%以上；TDS 去除率保持在 91%左右；碱度、Ca2+、Mg2+、NH4+-N 平均去除率分别在 90%、98%、98%、90%左右；PO43- 的去除率基本达到了 100%；SO42- 、Cl- 的平均去除率分别在 97%、90%左右。出水各 项指标均能达到循环冷却水用再生水的标准，可成功用于热电厂的循环冷却水。
本文以天津某污水处理厂二沉池絮凝沉淀后的 出水为原水，采用超滤 - 反渗透（UF-RO）工艺对其 进行深度处理，最终用于热电厂的循环冷却水。
1.1 原水水质分析 水样采自天津某污水处理厂二沉池絮凝沉淀
后的出水，分析其水质，并与循环冷却水标准对比，
如表 1 所示。
表 1 污水处理厂二级出水水质与循环冷却水用再生水标准比较
超滤对 NH4+-N 基本没有去除率，而 RO 膜对 NH4+-N 的去除率保持在 90%左右，在压力达到 0.4 MPa 后，继续增加压力对 NH4+-N 去除率没有显著提 高。RO 出水 NH4+-N 质量浓度约为 1.66～2.01 mg/L， 说明了反渗透截留 NH4+-N 具有高效性，达到了再生 水用于冷却循环水标准（≤15 mg/L）的要求。
7.93～8.23
CODMn/(mg·L-1) 总硬度 /(mg·L-1)
≤20 30～200
6.612～12.753 183.43～204.13
总碱度 /(mg·L-1)
≤300
527.29～569.57
ρ/(mg·L-1)
TDS
≤1 000
1 422～1 682
SS
≤20
23～81
铁
≤0.3
0.031～0.069
张 琳等，UF-RO 系统处理污水厂二级出水于电厂循环冷却水的研究
69
其余指标已经达标。 1.2 工艺说明
反渗透对其进水水质有着比较严格的要求，多 个运行的系统表明，不合格的预处理将导致反渗透 膜迅速被污堵，造成频繁清洗，产水水质下降，因此 通常需要对原水进行适当的预处理。
传统的预处理设施如多介质过滤器、活性炭过 滤器等属于相对过滤，只能在一定程度上降低原水 浊度，不能有效地去除胶体、大分子有机物、微生物 等，不能很好满足反渗透设施对进水浊度的要求。 而超滤系统作为预处理，则具有以下优点[4]：（1）出 水水质稳定，水质良好，基本不受原水水质波动的影 响；（2） 减少化学药剂的添加，有利于保护环境； （3）可延长后续反渗透膜的使用寿命，降低反渗透 膜清洗的频率等等。因此，本试验决定采用超滤 - 反 渗透组合工艺处理原水。 1.3 试验方法
项目
循环冷却水用再生水标准
原水
pH
6.0～9.0
另外，试验还测定了铁锰铜等金属元素的含量， 以及电导率等指标的变化，发现 UF-RO 系统对这些 指标也有相当程度的去除。
3结论
结果表明，UF-RO 系统对污水厂二级出水的处 理效果良好，已经达到再生水用于循环冷却水的标 准。UF-RO 出水电导率的平均值为 178 μS/cm，去除 率达 92%以上；对 TDS 的去除率保持在 91%左右， 对 CODMn 的去除率高达 96%以上，对碱度的去除率 保持在 90%左右，对 Ca2+、Mg2+ 去除率保持在 98%，
表 3 2 种系统下典型阴、阳离子去除率去除率随压力的变化
Tab.3 Typical anion and cation removal rate changed with the pressure changing in two systems
参数
UF
UF-RO
操作压力 /MPa 0.35 0.40 0.45 0.35 0.40 0.45
关键词：污水二级出水；超滤；反渗透；循环冷却水
中图分类号：X773；TQ028.8 文献标识码：A
文章编号：1000-3770(2012)07-0068-003
随着现代工业的迅猛发展，用水需求也急剧 1 试验部分
增 长 ，其 中 ，火 电 厂 是 工 业 用 水 大 户 ，其 耗 水 量 约 占工业用水量的 20%左右。对一个 2×300 MW 的热 电厂来说，冷却水循环总量约 6 500 m3/h，需要新鲜 补充水 1 000～1 500 m3/h，循环冷却排污水 200～ 400 m3/h[1]。工业生产产生大量废水，在水资源日益 枯竭的情况下，中水回用则可成为工业补给水的一 个重要来源。我国城市污水数量巨大，就近可得，易 于收集，作为城市的“第二水源”要比远距离3;
0.28 0.02 0.06 97.43 98.56 98.32
Mg2+
0.19 0.13 0.08 97.53 98.53 98.35
SO42Cl-
0.98 1.35 1.55 96.14 97.13 97.10 0.59 0.00 0.14 91.75 90.93 89.94
氨氮
0.32 0.27 3.10 87.34 89.33 90.70
碱度
0.00 0.05 0.06 89.47 90.40 91.70
COD
1.63 1.30 9.36 98.09 96.52 99.38
由表 2 可知，仅有超滤时，任何一项指标都没有 得到明显的去除或改善，而在 UF-RO 组合系统中， 各指标的去除效果较为理想。
全膜法水处理工艺是将超滤、微滤、反渗透、EDI 等不同的膜工艺有机地组合在一起，达到高效去 除污染物以及深度脱盐目的一种水处理工艺[2]。其 中，超滤截留分子质量一般为 300 至 50 万[3]，可以 去除病毒、大分子物质、胶体和部分有机物，但是不 能去除小分子和离子等，通常作为预处理；反渗透可 进一步去除 98%的无机离子、硅和剩余有机物[1]。
changed with pressure changing in the two systems
参数
UF
UF-RO
操作压力 /MPa 0.35 0.40 0.45 0.35 0.40 0.45
pH
7.54 7.66 7.80 6.63 6.59 6.57
去除率 /%
TDS
7.50 8.15 7.93 90.66 91.11 91.01
第 38 卷 第 7 期
68
2012 年 7 月
水处理技术 TECHNOLOGY OF WATER TREATMENT
Vol.38 No.7 Jul.,2012
UF-RO系统处理污水厂二级出水 用于电厂循环冷却水的研究
张秀丽 1，徐敏敏 1，李 婧 2，高冠道 1
（1.南开大学环境科学与工程学院，环境污染过程与基准教育部重点实验室，天津 300071； 2.北控水务集团，北京 100195）
原水经过超滤膜、RO 膜，pH 的变化规律基本 上为先升高，后降低。这可能与 2 种膜去除的污染物 种类有关，导致水质发生了微小的酸碱性变化，但是 依然在循环冷却水用再生水的标准范围之内。
RO 膜对 TDS 的去除率随操作压力的增加无 显著提高，保持在 91%左右，最后出水 TDS 为 118～122 mg/L，达到了循环冷却水用再生水标准 （≤1 000 mg/L）的要求。
标准的指标主要有 pH、TDS、氨氮、总硬度、总碱度，
收稿日期：2011-11-24 基金项目：科技人员服务企业行动（2009GJA10014）；水体污染控制与治理科技重大专项（2008ZX07314-003-2） 作者简介：张秀丽（1988－），女，硕士研究生，研究方向为水资源保护与水污染控制工程；E-mail：xlzhang1988@ 联系作者：高冠道，副教授；E-mail：gaoguandao@
超滤对碱度的去除率几乎为零，RO 膜对碱度 的去除率保持在 90%左右，在压力达到 0.4 MPa 后， 继续增加压力对碱度去除率也没有显著提高。出水 碱度约为 36.79～46.05 mg/L，也达到了再生水用于 冷却循环水的标准。 2.2 典型离子的去除
单独的 UF 与 UF-RO 组合工艺水质中典型离 子的去除变化见表 3。
原水首先经过超滤，主要目的是去除水中的悬 浮物质以及部分有机物，以减轻对后续反渗透膜的 污染，原水经超滤膜处理后进入反渗透膜。小试研 究中使用了 2 只超滤膜组件，单只反渗透膜组件，一 级一段连续式配置，超滤膜：聚偏氟乙烯，膜面积 1.5 m2，孔径约 0.01 μm，截留分子质量 40～50 k；反渗 透膜：美国陶氏 TW30-1812-50，聚酰胺复合材料，膜 面积 0.34 m2，纯水通量 189.25 L/h，MgSO4 去除率 （2.5 g/L）98.4%，NaCl 去除率（2.5 g/L）93.1%。在 试验正常运行近 3 个月后，发现反渗透膜产水率较 正常值下降 10%～15%，给水压力增加 10%～15%， 膜的颜色变深，即说明反渗透膜受到了污染，其中最 常见的即为碳酸钙垢和硫酸钙垢等。此时，一般是 取出反渗透膜，用质量分数为 0.2%的盐酸 （用 NaOH 调节 pH 至 2～3）进行清洗浸泡过夜。如此 清洗之后，产水率恢复到之前的 95%。
70
水处理技术
第 38 卷 第 7 期
由表 3 可知，仅有超滤对 Ca2+、Mg2+、SO42+ 和 Cl基本都没有明显的去除效果，而超滤 - 反渗透组合 工艺对 Ca2+、Mg2+ 和 SO42+ 的去除率均达到 96%以 上，对 Cl- 的去除率也保持在 90%左右。整个工艺最 终出水 Ca2+ 质量浓度为 1.60～2.40 mg/L，Mg2+ 质量 浓 度 为 1.67 ～2.43 mg/L， 出 水 SO42+ 质 量 浓 度 为 9.26 ～13.58 mg/L，Cl- 出 水 质 量 浓 度 为 3.2 ～3.7 mg/L，均达到了循环冷却水用再生水的标准。
2 结果与讨论
2.1 pH、氨氮等指标的去除 单独的 UF 与 UF-RO 组合系统水质 pH、TDS、
氨氮、碱度和 COD 等指标的去除率如表 2 所示。
表 2 2 种系统下各指标的去除率随压力的变化 Tab.2 The removal rate of the pH, ammonia, and other indicators
本试验主要监测水中的 pH、TDS、SS、氨氮、总硬 度和总碱度；pH 采用 pH 计测定；TDS 和 SS 采用重量 法测定；氨氮采用蒸馏滴定法测定；总硬度采用 EDTA 滴定法测定，以铬黑 T 为指示剂，用乙二胺四乙酸二 钠标准液标定；总碱度采用指示剂法测定，以甲基橙为 指示剂，用 0.05 mol/L 的 HCl 标准溶液标定。
锰
-
0.025～0.088
铜
≤0.1（锅）
0.026～0.056
氨氮
≤15
27.246～27.872
总磷
≤5
0.052～0.061
Cl-
≤1 000（碳钢），500（不锈钢） 42.69～43.79
SO42-
≤1 500
344.01～364.52
SiO2
≤175
18.08～18.67
分析发现，原水中未达到循环冷却水用再生水
对 NH4+-N 的去除率保持在 90%左右，对 PO43- 基本 能完全去除，对 SO42- 的去除率保持在 97%左右，对 Cl- 去除率保持在 90%以上。最终，各指标均完全满 足热电厂循环冷却水的水质要求。
综上所述，该系统可以作为锅炉补给水前处理 的一个发展趋势，只是在其日常的运行、维护等方面 要求比传统的处理方式要更严格[4]。因此，如何保证 其高效、连续稳定地运行，并进一步提高其产水率是 该系统今后发展的方向。
参考文献：
[1] 杨凤民,邢奕,安永辉.热电厂循环冷却水系统水处理技术挥讨[J]. 给水排水,2007,33(11):184-187.
[2] 刘银玲.全膜法水处理技术在热电项目中的应用[J].核工程研究 与设计,2008,73:55-57.
[3] 张燕,王炳玉,王站.超滤在反渗透系统中的应用[J].莱钢科技, 2011,1:16-18.
摘 要：采用超滤 - 反渗透处理污水厂二级出水，其中将超滤作为预处理，结果发现，反渗透膜对无机离子的去除率
较高。CODMn 去除率达到了 96%以上；TDS 去除率保持在 91%左右；碱度、Ca2+、Mg2+、NH4+-N 平均去除率分别在 90%、98%、98%、90%左右；PO43- 的去除率基本达到了 100%；SO42- 、Cl- 的平均去除率分别在 97%、90%左右。出水各 项指标均能达到循环冷却水用再生水的标准，可成功用于热电厂的循环冷却水。
本文以天津某污水处理厂二沉池絮凝沉淀后的 出水为原水，采用超滤 - 反渗透（UF-RO）工艺对其 进行深度处理，最终用于热电厂的循环冷却水。
1.1 原水水质分析 水样采自天津某污水处理厂二沉池絮凝沉淀
后的出水，分析其水质，并与循环冷却水标准对比，
如表 1 所示。
表 1 污水处理厂二级出水水质与循环冷却水用再生水标准比较
超滤对 NH4+-N 基本没有去除率，而 RO 膜对 NH4+-N 的去除率保持在 90%左右，在压力达到 0.4 MPa 后，继续增加压力对 NH4+-N 去除率没有显著提 高。RO 出水 NH4+-N 质量浓度约为 1.66～2.01 mg/L， 说明了反渗透截留 NH4+-N 具有高效性，达到了再生 水用于冷却循环水标准（≤15 mg/L）的要求。
7.93～8.23
CODMn/(mg·L-1) 总硬度 /(mg·L-1)
≤20 30～200
6.612～12.753 183.43～204.13
总碱度 /(mg·L-1)
≤300
527.29～569.57
ρ/(mg·L-1)
TDS
≤1 000
1 422～1 682
SS
≤20
23～81
铁
≤0.3
0.031～0.069
张 琳等，UF-RO 系统处理污水厂二级出水于电厂循环冷却水的研究
69
其余指标已经达标。 1.2 工艺说明
反渗透对其进水水质有着比较严格的要求，多 个运行的系统表明，不合格的预处理将导致反渗透 膜迅速被污堵，造成频繁清洗，产水水质下降，因此 通常需要对原水进行适当的预处理。
传统的预处理设施如多介质过滤器、活性炭过 滤器等属于相对过滤，只能在一定程度上降低原水 浊度，不能有效地去除胶体、大分子有机物、微生物 等，不能很好满足反渗透设施对进水浊度的要求。 而超滤系统作为预处理，则具有以下优点[4]：（1）出 水水质稳定，水质良好，基本不受原水水质波动的影 响；（2） 减少化学药剂的添加，有利于保护环境； （3）可延长后续反渗透膜的使用寿命，降低反渗透 膜清洗的频率等等。因此，本试验决定采用超滤 - 反 渗透组合工艺处理原水。 1.3 试验方法