王金龙，本科，高级工程师，主要从事脱盐与海水淡化等研究与工程运营工作。 海水淡化是获取淡水的重要途径，但仅限于无其他淡水源供给时最为有效。同为脱盐水获取，中水脱盐回用比海水淡化更经济、更有效。以污水处理厂达标出水为原水，通过双膜工艺制备脱盐水回用于工业，既可经济地获取淡水资源，又可实现污水的高质量回用，一举两得 。基于某已运行约
王金龙，本科，高级工程师，主要从事脱盐与海水淡化等研究与工程运营工作。
海水淡化是获取淡水的重要途径，但仅限于无其他淡水源供给时最为有效。同为脱盐水获取，中水脱盐回用比海水淡化更经济、更有效。以污水处理厂达标出水为原水，通过双膜工艺制备脱盐水回用于工业，既可经济地获取淡水资源，又可实现污水的高质量回用，一举两得
。基于某已运行约 7 年的脱盐中水厂的提量提标改造生产实践，分析了进口膜的可替代性，对污水源双膜工艺设计运行经验进行了总结，可为相关工程建设提供参考。
1.1 项目概况
该脱盐中水厂设计产水规模为 2×10 4 m 3 /d ，以污水处理厂一级 A 达标出水为原水，生产脱盐水供给周边化工园区工业企业，要求产水电导率 <200μS/cm 。该厂以双膜工艺为核心，采用短流程布置方式（见图 1 ）。 2023 年原水水质见表 1 。自 2017 年 4 月投产以来，经历过一次改造 ，已基本满负荷运行近 7 年。由于园区用户用水量增加，已有处理规模不能满足要求，面临扩容改造，同时需进一步降低产水电导率，即提量同时提标。
图 1 产水流程
表 1 2023 年原水水质
反渗透系统采用 5 组产水量为 181.5m
3
/h 的膜组，每组 39 支压力容器，排列比 26∶13 ，每个压力容器内装有 7 支反渗透膜， 5 组共计 1365 支膜，运行压力为 1.5~2.5MPa ，脱盐率 ≥98% ，回收率为 72% 。二级反渗透采用 3 组产水量为 165m
3
/h 的膜组，每组 16 支压力容器，排列比 11∶5 ，所有压力容器安装在一个机架上；每个压力容器内装有 7 支卷式复合反渗透膜， 3 组共计 336 支膜；二级反渗透系统回收率设计为 85% ，系统脱盐率 ≥96% ，单支膜的脱盐率 >99.5% 。原设计进水电导率为 11200μS/cm ，出水电导率要求 200μS/cm 以下，脱盐率需达到 98.2% 。因单级反渗透难以稳定达标，故设计了两级反渗透。在实际运行中，最不利进水电导率为 6000μS/cm ，脱盐率需达到 96.6% ，单级反渗透可以满足要求，因此开始并未运行二级反渗透。
该项目投产前 3 年，冬季最大产水规模仅能达到设计值的 80% 。分析原因，主要包括超滤及反渗透设计膜通量取值偏大、未充分考虑污水源超滤清洗反洗较预期频繁、反渗透杀菌频率高于预期等。后来通过强化预处理、强化控菌、增加 2 组超滤系统、将原有 3 组二级 RO 中的 2 组改为一级 RO 等方式，使系统能够达到满负荷运行。
运行至 6.5 年，超滤与反渗透性能变化如表 2 所示。超滤进水膜通量下降 22.8% ，进水压力已逼近设备允许上限值，单组超滤平均产水量为 140m
3
/h ，较设计值 198m
3
/h 降低 29.3% ，之后通过补充 2 组超滤仅能满足 2×10
4
m
3
/d 总产水量需求。由于场地受限，超滤只能在已有超滤系统上方架二层布设。反渗透标准化膜通量降低 29% ，虽通过加压方式能够满足产水量要求，但基本达到极限，且运行能耗高。进水 95% 保证率电导率为 4180μS/cm ，外供水要求电导率 <200μS/cm ，考虑出水调整 pH ，则反渗透产水要求电导率 <150μS/cm ，对应最低脱盐率为 96% 。目前反渗透脱盐率已降至 96% ，保障客户供水水质的压力极大。
表 2 超滤反渗透膜性能变化
改造目标包括增加产水规模 5000m
3
/d ，总设计产水规模达到 2.5×10
4
m
3
/d ；新增用户对产水要求高，产水电导率 <150μS/cm 。改造面临的问题包括：
① 占地受限。厂区周边土地均有明确规划用途，无法向外扩建；厂内本就用地紧缺，故设计时采用短流程工艺以节约土地，厂内也没有扩建用地；所有提量措施均只能在已有构筑物、车间内实施。
② 脱盐要求和供水保障率要求高。产水电导率 <150μS/cm ，考虑出水调整 pH ，则反渗透产水要求电导率 <100μS/cm ，控制要求较高
；按目前进水水质，需脱盐率 >97.6% ；客户为大型企业和民生企业，要求供水安全可靠，否则会降低用水量或另外寻求安全可靠水源，本次提量应给予最大保证。
③ 膜老化问题。系统已运行近 7 年，膜性能严重下降，需通过膜更换提升产水能力；同时，反渗透膜老化，脱盐性能降低，也是换膜的重要原因。
④ 原水问题。系统增加产水规模 5000m
3
/d ，对应进水增加 8333m
3
/d ，较现况 3.84×10
4
m
3
/d 增加 21.7% ；前端污水处理厂一期冬季水量偏低，经常在 4×10
4
m
3
/d 以下，过年期间个别几日降至 1×10
4
m
3
/d ，需引入污水处理厂二期出水；二期出水电导率为 6000μS/cm ，较一期出水高 2500μS/cm 以上，增加了达标难度。
针对以上问题，拟采用更换膜组提高产水量和脱盐率、开辟新水源降低来水电导率等方法实现提量提标。
前端污水处理厂已在厂区内完成扩建，新建了 2×10
4
m
3
/d 集约型 BFM 系统，占地仅 4300m
2
，出水优于地表水准 Ⅳ 类标准。 BFM 系统出水电导率比一期低 500~1000μS/cm ，通过引入该项目出水，电导率预期可降至 3300μS/cm 以下，满足脱盐率 ≥97% 即可。该项目提量后设计原水水量为 46500m
3
/d ，以 BFM 出水和污水处理厂一期出水为主要水源，设计进水电导率为 3300μS/cm 。
高效沉淀池原设计投加石灰去除暂时硬度。设计硬度调研值为 380~550mg/L （以 CaCO
3
计），设计值取 400 mg/L 。实际运行时，进水暂时硬度仅约 100mg/L ，后来逐步取消石灰投加，系统运行未受到影响，故不再投加石灰。高效沉淀池最初设计时因考虑石灰投加，固体通量大，设计负荷仅为 14.7m
3
/ （ m
2
·h ），本次提升后表面负荷达到 17.9m
3
/ （ m
2
·h ），符合设计要求且较为安全。
已有超滤共计 9 组， 8 用 1 备，其中 7 组为 2017 年投产时开始使用（以下简称旧 UF 膜）；为弥补当时设计不足， 2019 年增加了 2 组超滤。旧 UF 膜现况单组产水量为 140m
3
/h 。
改造后反渗透总产水量为 2.5×10
4
m
3
/d ，反渗透系统回收率为 72% ，考虑反渗透自用水，按 70% 设计，考虑超滤存在检修等因素，综合产水系数为 0.98 ，则超滤产水量需达到 1518m
3
/h ，增加 329m
3
/h 产水能力。已有 7 组旧 UF 膜若全部更换，单组可提升 60m
3
/h ，不考虑备用膜的提升，则共提升 360m
3
/h 。
为降低成本，将某国产膜与原超滤膜的工程性能进行了比较。各取 1 组，均为新膜，运行 1 年后性能如表 3 所示。
表 3 不同超滤膜性能对比
该国产超滤膜净产水量较原膜低 10% ，主要是根据膜操作手册要求的反洗时间长所致。若占地有余量且可新增超滤膜组的情况下，可选用该国产超滤膜。但针对该项目，采用国产膜则仅能增加 240m
3
/h ，不能满足提量要求。另外，若以 12 年为计算周期，则进口膜费用为 2
A
，国产膜费用为 1.95
A
，在费用相当的情况下，选择原膜寿命预期置信率高，更为安全可靠。该项目提量后超滤仍维持 9 组不变， 8 用 1 备。更换 2017 年投运的 7 组超滤膜，仍采用原超滤膜。
已有反渗透共 7 组， 5 组为 2017 年投产用反渗透膜（以下简称旧 RO 膜），单组设计产水量为 181
m
3
/h ，冬季水温低于设计值，单组产水量平均为 170
m
3
/h 。为弥补水量不足， 2019 年将原有 3 组二级 RO 中的 2 组改为一级 RO ，单组设计产水量为 165
m
3
/h ；由于原设计为二级 RO ，改为一级 RO 后，将原二级反渗透进水管路与一级反渗透进水管连接，增加阻垢剂、还原剂加药点，管线及加药泵，对应给水泵及保安过滤器未设置，故仅按 60
m
3
/h 产水，共增加系统产水量 120
m
3
/h 。该厂连续产水能够达到设计流量要求，反渗透产水量平均为 950
m
3
/h 。
改造后反渗透总产水量为 2.5×10
4
m
3
/d ，考虑系统杀菌、清洗、检修等因素，综合产水系数为 0.88 ，则反渗透产水量需达到 1185
m
3
/h ，需增加 235
m
3
/h 。即使全部更换旧 RO 膜，也仅能增加 50
m
3
/h ，仍不满足。考虑将原 3 组二级 RO 拆除，新建 2 组完整的一级 RO 系统，则该部分可增加 240
m
3
/h 。
为降低换膜成本，运行期间对比了某国产反渗透与原型号反渗透膜的工程性能。在同组系统中各拿出一支压力容器，分别采用两种膜运行 1 年进行性能比较，结果如表 4 所示。
表 4 不同反渗透膜性能对比
可以看出，对比组运行 1 年后，不论是脱盐率还是平均标准化膜通量没有显著性差别。以 12 年为计算周期，则进口膜费用为 2
B
，国产膜费用为 1.65
B
，国产膜比进口膜费用降低 17.5% ，经济效益显著。但国产膜寿命 4 年为预测值，面临寿命达不到预期的风险。本次换膜 7 组，其中 4 组采用原 RO 膜型号，另外 3 组采用国产膜。待国产膜完成一个生命周期确定性能后，后续根据运行数据判定。提量后，反渗透膜为 7 组，单组设计产水量为 180m
3
/h ，满足提量后需求。
拆除原 3 组二级反渗透装置，将原 3 组二级反渗透装置的基础改为 2 组一级反渗透的基础。新增流量为 253m
3
/h 、扬程为 450kPa 的一级反渗透给水泵 2 台，新增大通量保安过滤器 2 台；阻垢剂加药口变更至一级反渗透给水泵出口，还原剂加药口变更至保安过滤器出口；新增流量为 130m
3
/h 、扬程为 700kPa 段间增压泵 2 台。新增 2 台进水 ORP 表，新增 2 台一段产水流量计、 2 台产水流量计，新增进水、产水、产排、浓排启动阀各 2 个。产水管线接到一级反渗透产水主管，浓水管接到一级反渗透浓水主管，清洗等管线、阀门都对应变更替换。
2023 年 9 月完成改造后，入冬后运行稳定。原水水量稳定在 4.32×10
4
m
3
/d ，进水平均电导率为 3100μS/cm 。高效沉淀池出水浊度平均为 3.5NTU ，与改造前相当。超滤平稳产水量为 1580m
3
/h ，产水浊度 <0.1NTU ，清洗周期内最高压差为 100kPa ， SDI<3.0 。反渗透平稳产水量为 1134m
3
/h ，外供水电导率为 70μS/cm ，脱盐率稳定在 98.5% 。外供平均水量为 2.38×10
4
m
3
/d ，最高日水量达到 2.6×10
4
m
3
/d 。
该项目运行近 7 年，从设计、一次改造到此次提量提标改造，诸多设计内容值得注意：
①
设计温度。温度对于膜产水量有重要影响，一旦设计温度取值出现偏差，则直接可能面临产水量不足的问题；同时也建议验收安排到冬季进行，按冬季最冷的 1~3 个月实际产水能力验收。
②
短流程可行性。该项目省去了砂滤、多介质过滤器等，仍可获得较优效果，故设计时可考虑简化中水源系统流程，降低运营维护难度。
③
原水水质。原水水质对最终技术路线影响较大，该项目设计采用两级反渗透，但实际投产时进水电导率较预计值偏小近 1/2 ，单级反渗透即可满足要求，造成了设计浪费；也可设计时预留二级反渗透位置和管道接口，实际水质确实较高时再增加，或借鉴该项目后期将二级反渗透改为一级，实现设备最大化利用。
④
防止产率系数偏大估计。超滤采用死端过滤，按 90% 回收率设计， 10% 为自用水；但该取值仅考虑了反洗用水，未充分考虑反洗、清洗等停止产水的时间损失，会造成超滤产水量不足；建议严格按膜性能进行产水量测算，防止估计偏大。
⑤
反渗透设计应留有余量。长期运行后，膜在线清洗频率增加或清洗时间逐步增长，反渗透应留有 10%~20% 的余量，可有效防止因膜产水量降低导致的膜提前更换，在脱盐率降至要求以下再更换，经济效益最佳。
⑥
控菌为第一要务。污水源的特点是进水微生物含量高且富含残余营养物，尤其夏季水温高，微生物快速增长；长期运行细菌容易产生抗药性，应采取多种杀菌措施和多种杀菌剂组合方式；一旦细菌污染大量发生，各种清洗措施效果甚微，还是应以预防为主。
通过将已使用近 7 年的双膜更换、超滤建设双层增加 2 组、拆除原 3 组二级 RO 增加 2 组一级 RO 、引入优质原水水源等综合方式，在已有 2×10
4
m
3
/d 规模基础上原位提升处理水量 5000m
3
/d ，提量率为 25% ，并实现产水电导率的进一步控制。改造后，达到了设计预期，提高了供水水量和水质保障率，满足了用户需求。建议多组系统生产过程中尝试包括国产膜在内多种新产品，实践中检验技术经济指标，为后续换膜积累数据，实现用户效益最大化。设计上，对于污水源双膜工艺，短流程具备可行性，但应关注设计温度、产率系数、原水水质取值准确性，反渗透设计应有一定余量。
