引言近年来，各部门出台一系列文件指导推进污水资源化利用，促进解决水资源短缺、水环境污染、水生态损害问题，推动高质量发展、可持续发展[1-2]。《“十四五”节水型社会建设规划》要求“以水定城、以水定地、以水定人、以水定产”，以农业、工业和城镇生活节水以及非常规水源利用为重点，全面建设节水型社会。《关于推进污水资源化利用的指导意见》提出，以城镇生活污水资源化利用为突破口，以工业利用和生态补水为主要途径，着力推进城市生活污水、工业废水、农业农村污水的资源化利用并实施资源化利用重点工程。工业生产当前面临严峻的节水压力，水资源重复利用率和万元工业增加值用水量的要求不断加严，企业内部节水改造压力大，规模效应不显著。推动工业园区与再生水生产运营单位合作，统筹废水综合治理与资源化利用，建立排污企业与污水处理厂点对点用水系统，实现工业用水循环利用和分级利用成为解决工业生产水资源问题的有效途径。为了解决排污企业污水资源化利用问题并进一步挖潜污水处理厂经济效益，最终实现水资源节约利用机制的长效稳定运行，选取位于某工业园区的污水处理厂作为研究对象，围绕水资源分级再利用开展中试试验研究。1中试概况污水处理厂坐落于山东沿海地区某开发区，日处理污水规模4万t，主要接纳园区内工业企业生产废水和居民区生活污水，占比分别为60%与40%。污水处理厂出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）的一级A排放标准。污水收集区域涵盖多家用水企业，以海产品加工、化学化工为主，用水需求和节水压力较大，污水资源化再生服务具有良好的市场推广基础。目前，污水再生利用主要采用超滤(UF)+反渗透(RO)双膜工艺[3-5]，为了进一步摸索运行参数，开展技术适用性及优化升级试验，为后续项目决策及工程建设提供技术支持，提出开展中试试验研究。为了保证试验效果，反渗透系统设计产水水量不小于5 m3/h；超滤系统设计产水水量为5~10 m3/h，同时将中试产水供厂区生产使用，提高水资源重复利用率。中试原水采用污水处理厂排水，原水常规水质指标如表1所示。为了开展超滤膜、反渗透膜选型，进行原水水质全分析，结果如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.06.020.T001表1原水常规水质指标指标数值CODCr/(mg/L)≤50SS/(mg/L)≤20浊度/NTU≤200粪大肠菌群/(个/L)≤1 00010.3969/j.issn.1004-7948.2023.06.020.T002表2原水水质全分析结果项目检测结果溶解性总固体/(mg/L)3 224pH值7.18色度（铂钴色度单位）90碳酸根（CO32-）/(mg/L)未检出碳酸氢根（HCO3-）/(mg/L)200.5铁（Fe）/(mg/L)未检出硼（B）/(mg/L)1.3二氧化硅（SiO2）/(mg/L)36.0钙（Ca）/(mg/L)138.6镁（Mg）/(mg/L)43.9钡（Ba）/(mg/L)0.07锶（Sr）/(mg/L)1.3氯离子（Cl-）/(mg/L)860.0硝酸根（NO3-）/(mg/L)173.0硫酸根（SO42-）/(mg/L)746.02工艺流程与设计参数2.1工艺流程超滤+反渗透工艺流程如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.06.020.F001图1超滤+反渗透工艺流程（1）超滤(UItrafil-tration, UF)系统。UF是一种膜分离技术，超滤膜的工作以筛分机理为主，以工作压力和膜的孔径大小进行水的净化处理，主要用于截留去除水中的悬浮物、胶体、微粒、细菌和病毒等大分子物质。UF装置有板式、管式（内压列管式和外压管束式）、卷式、中空纤维式等形式，其中中空纤维式的应用最为广泛[5]。UF系统包括原水泵、原水箱、活性炭进水泵、活性炭过滤器(AC)、UF进水泵、UF精密过滤器、UF装置、UF水箱、反洗水泵及SDI检测仪表等。UF系统的启动、运行、冲洗、杀菌等过程均可由PLC和工控机实现自动控制，主要控制项为AC、UF的运行及联动。AC与UF按照正冲、产水、反洗循环进行，其中正冲、反洗启停和持续时间根据AC和UF进出口压差从工控机集中设置。通过增设控制阀门形成全流量过滤与错流过滤两种运行方式[6]。（2）反渗透(Reverse Osmosis, RO)系统。反渗透是渗透的反向迁移运动。在压力驱动下，借助半透膜的选择截留作用，将溶液中的溶质与溶剂分开。RO系统包括精密过滤器、RO进水高压泵、反渗透装置、RO水箱等设备及ORP、电导率检测仪表等。RO进水高压泵进口装有低压保护开关，低位时报警且RO停运；出口装有高压保护开关，高位时报警且RO停运。RO系统设置ORP检测、膜前压力检测、膜中压力检测、膜后压力检测、产水流量监测、浓水流量监测、出水温度检测等。RO系统的加药、制水、停运等过程均由PLC和工控机实现自动控制，设有主要参数限位报警功能，可以进行各项运行参数的计算、记录和趋势分析。（3）辅助设施。辅助设施包括预处理装置、CIP清洗装置、UF管道泵、RO管道泵、混合液水箱、UF增压装置、RO增压装置、混合液增压装置、压缩空气装置等。CIP清洗装置由UF和RO系统共用，包含CIP水泵及CIP药箱，药箱具有液位检测及温度检测功能，自动控制药液温度和设备的启停运行，根据运行情况进行定期清洗。管道泵及增压装置对接厂区生产用水，用于药剂溶解、绿化冲洗等。压缩空气装置主要用于系统气动阀门的启闭。2.2主要设计参数2.2.1UF系统（1）活性炭过滤器(AC)。功能：去除CODCr和余氯，降低色度和浊度。参数：玻璃钢材质，直径1 500 mm，滤速5~10 m/h，设计压力为0.6 MPa，运行压差为0.02 MPa、最大压差为0.05 MPa，产水能力正常15 m3/h、最大20 m3/h，反洗强度不小于10 L/(m2·s)。经小试试验选用椰壳活性炭，碘吸附值不小于900，均值约950，目数为10~24目[7]。（2）1#保安过滤器。功能：防止水中的大颗粒物进入超滤膜。参数：316L材质，直径250 mm，100 μm PP熔喷滤芯，设计压力0.2 MPa，产水能力20 m3/h，滤芯更换压差0.1 MPa。（3）UF装置。功能：截留去除水中的悬浮物、胶体、微粒、细菌和病毒等大分子物质。参数：中空纤维内压式膜组件，单支直径Ф277 mm×1 715 mm，单支标准膜面积40 m2，共4支。典型通量40~65 L/(m2·h)、产水量6.4~10.4 m3/h，运行跨膜压差0.02~0.08 MPa。2.2.2RO系统（1）2#保安过滤器。功能：防止残存的微量悬浮颗粒、胶体、微生物等进入反渗透膜[8]。参数：316L材质，直径250 mm，5 μm PP熔喷滤芯，设计压力0.4 MPa，产水能力20 m3/h，滤芯更换压差为0.1 MPa。（2）反渗透装置。功能：去除水中的各种盐分，达到脱盐的目的。参数：卷式聚酰胺复合膜[9]，单支有效膜面积37 m2，单支脱盐率99%，共8支，每两支安装于一个压力容器，系统水回收率70%，产水量5~8 m3/h。2.2.3辅助配套系统（1）预处理系统，设置毛发过滤器，用于拦截丝状物，保护活性炭过滤器。（2）加药系统。药剂包括杀菌剂、还原剂、防止反渗透膜浓水侧结垢的阻垢剂，加药装置由加药箱和计量泵组成。加药箱用于溶解和稀释药品；计量泵用于定量向水中投加药液。计量箱均设置低液位开关，在药液不多时关停相应的计量泵并报警，提醒操作人员及时配制药液。药液配制需人工进行。（3）控制系统。控制系统采用手动+PLC自动控制+上位机系统控制共3种控制模式，3种模式可以灵活切换。整个系统的控制可以分段投入，实现全部自动或部分自动运行。控制系统具有数据采集与控制、实时监控、动态仿真、联锁、报警功能。3试运行结果3.1调试情况设备安装验收合格后，开展7天连续运行试验，验证设备性能、运行逻辑及整体性能。试运行期间水温15~20 ℃，考虑非标准工况(25 ℃)下的衰减（每降低1 ℃约有2%的降低），设定超滤产水量8.5 m3/h；反渗透产水量及运行时长根据超滤产水量适时调整。3.2试运行数据（1）超滤装置。期初：UF前压力为72 kPa、后压力为42 kPa，跨膜压差30 kPa，冲洗周期15 min，正洗30 s，反洗30 s。期中：启动运行后，压力呈连续上升趋势，冲洗周期调整至10 min；连续运行12 h，跨膜压差为39 kPa；继续调整产水量至7.0 m3/h，连续运行24 h，跨膜压差由期初26 kPa上升为27 kPa，跨膜压差保持稳定；继续调整产水量至8.0 m3/h，连续运行12 h，跨膜压差由期初47 kPa上升为57 kPa。期末：设定产水量7.0 m3/h，连续运行72 h，跨膜压差升至50 kPa，经3次强制冲洗，跨膜压差恢复32 kPa。（2）反渗透装置。期初：RO前压力953 kPa、中段压力751 kPa、后压力665 kPa，跨膜压差288 kPa，回收率70%。期中：启动运行后，调整产水量4.5~6.5 m3/h，对比实际运行数据（出水电导率、跨膜压差）与软件模拟值，经对照，基本相符；设定产水量4.5 m3/h，连续运行96 h。期末：RO前压力958 kPa、中段压力765 kPa、后压力665 kPa，跨膜压差293 kPa，产水量4.25 m3/h。3.3试运行结论经7天连续运行试验，各设备无硬件故障，手动、自动操作下均可正常响应，具备连续运行的稳定性与可靠性。验证期间逻辑程序运行正常，满足工艺设计要求（监测、预警、控制、记录），可以实现自动运行，运行数据记录情况满足运行需求。全流量过滤模式下，设定产水量7.0 m3/h，冲洗周期10 min、正洗30 s、反洗30 s，连续运行72 h，超滤系统跨膜压差无显著上升，经强制冲洗产水量可迅速恢复。经多种流量模拟计算，RO装置实际运行数据与模拟软件计算相符；连续运行96 h，RO跨膜压差与产水量可保持持续稳定。4结语活性炭+超滤+反渗透组合工艺适用于污水再生利用，中试设备选型合理，系统运行稳定，整体技术可靠，成为区域工业水资源循环利用的有效技术路线之一。各环节可串联运行亦可独立运行，实现按需生产，分级利用，最大程度上挖掘水资源价值。