随着经济的快速发展、人口增多、城市工业化加快、人民生活水平提高和工业污染严重、水资源短缺，用水量逐年增加。特别是我国北方地区多属于干旱和半干旱地区，污水回用成为我国专家学者研究焦点之一。
城市污水和工业废水是一种重要的潜在水资源，目前我国正在大力提倡“废水资源化”。而膜技术是污水回用关键技术。由于传统污水处理出水中含有悬浮物、有机物、微生物和无机物，超滤和反渗透组合工艺是解决污水回用理想技术，主要用于城市污水处理后达到中水标准回用，自来水、地下水、地表水的净化，大型反渗透系统的前级预处理。本实验的目的是考察用超滤反渗透处理城市二级生活污水回用，考察超滤反渗透对COD 、TN 、NH3-N、TP 、Cl-处理效果。
反渗透技术是利用压力表差为动力的过滤技术，源于美国二十世纪六十年代宇航科技的研究，后逐渐民用，目前已广泛运用于科研、医药、食品、饮料、海水淡化等领域RO反渗透膜孔径小至纳米级（1纳米=10-9m），在一定的，H2O分子可以通过RO膜，而源水中的无机盐、重金属离子物、胶体、细菌、病毒等杂质无法通过RO膜，从而使可以透过和无法透过的浓缩水严格区分开来。RO膜过滤后的纯水电5s/cm，符合国家实验室三级用水标准。再经过原子级离子交换过滤，出水电阻率可以达到18.2M.cm，超过国家实验室一级标准（GB682-92）。
1、实验方法和材料
1. 1 实验工艺流程
1. 2 实验设备简介
（1) 超滤装置:超滤作为反渗透的预处理.超滤设备运行参数如下：膜元件规格Ф200×1500；有效膜面积：46 m2；运行方式：内压式；运行压力：0.05～0.15 MPa；运行压差：0.028～0.15 MPa；反洗压力: 0.2～0. 24MPa ；水通量：59 L/ (m2•h)；产水率:75 %；膜孔径：0.05μm。在该项目中采用了亲水性好、寿命长、过滤精度高的OMEXELLTMSFP-2660超滤作为反渗透的前处理，保证了反渗透的可靠运行。OMEXELL超滤膜采用聚偏氟乙烯（PVDF）材料，这种含氟高分子材料的突出特点是耐氧化能力很强，允许在运行和清洗时使用较强烈的化学条件，因而能够更彻底地去除膜上的污染物，保障膜过滤系统的长期稳定。 另外，该超滤膜采用了采用不易堵塞的外压式结构，更适应来水悬浮物含量较高的场合，也使清洗更简便、彻底。
OMEXELL超滤膜组件通常以恒流方式运行，透膜压差将随运行时间逐渐增加，此时通过定期的反洗、气擦洗以及化学分散清洗等手段，可以清除膜面的滤饼层；而使用杀菌剂则能够有效地控制微生物繁殖，更彻底的除去膜面污染物。
（2）反渗透装置:反渗透膜组件装置采用膜长度为1.0 m ,膜面积为约7.9 m2 ，单根膜脱盐率为99.5 %。反渗透运行压力一般在1.3～1.8 MPa ；最大水通量：7.2m3/d；最高操作压力：4.14 MPa ；水通量：21.2 L/(m2•h) ；运行压差:1.2 MPa。抗污染反渗透膜应有一般复合膜高脱盐率的优点以外，还必需具备二个条件，一是具有很光滑的膜表面，使得任何细小的污染颗粒很难或很少在膜表面沉积和附着；二是具有很宽的过流流道，确保浓缩了污染物物料（高浓度的污染物）在膜系统中能够高速流动和顺畅排出。
（3）阻垢剂加药装置: 用于向反渗透进水中投加阻垢剂，以防止膜元件结垢。反渗透浓水端，特别是反渗透压力容器中最后一根膜元件的浓水侧往往出现诸如CaCO3、CaSO4浓度积大于其平衡溶解度指数而结晶析出，在膜表面结垢造成污堵，并可能损坏膜元件，因此在进入膜元件之前设置了阻垢剂投加装置，投加对此类盐具有良好分散作用的阻垢剂。
（4）还原剂加药装置:反渗透设备要求进水的余氯小于0.1 mg/L ,加入亚硫酸钠还原剂以消除氧化性杀菌剂的有效成分,防止其对反渗透膜元件的损坏。
1.3 实验进水水质
该实验的原水为传统活性污泥法工艺污水厂的二沉池出水，其水质见表1 所示。
2、结果与讨论
2. 1 工艺对CODCr去除效果分析
超滤膜、反渗透膜对COD 的去除效果见图2，3。由图2，3 可以看出,超滤膜对CODCr的去除效率较低，平均为49.3%，最高为57.3%，最低为38.2%，反渗透对CODCr的去除效率在71.1%～84.6%之间。影响超滤和反渗透去除效率主要与原水水质有关，若水中悬浮颗粒较多，则去除效率较高，因为水中颗粒较多时,能吸附一部分有机物，另外水中大颗粒有机物也可以通过膜去除。反渗透出水CODCr平均值在4.8mg/L，最高为6.8mg/ L，大多数出水CODCr值测不出。超滤和反渗透对CODCr总去除效率维持在90 %以上。
2. 2 工艺对TN和NH3-N去除效果分析
TN一般包括NH3-N、有机氮、NO2-N 和NO3-N。在常规检测中没有检测NO2-N和NO3-N指标,因此工艺对TN ，NH3-N去除效果放在一起进行综合分析，从而理清N的去除过程。超滤对TN和NH3-N几乎没有去除,该工艺对TN ,NH3-N的总去除效果见图4，5 所示。
对于这两个指标，进水曲线和超滤产水曲线基本重合，即超滤对TN ，NH3 - N基本没有去除作用。反渗透对TN ，NH3-N的去除作用都比较明显；就TN 而言，反渗透从第25天起效果明显好转且非常稳定；就NH3-N而言，去除效果良好且一直很稳定。反渗透对TN，NH3-N的去除曲线都很平和稳定且非常相近,这说明反渗透对NH3-N去除比较彻底，在此过程中NH3-N不是因为转化为NO3-N而被去除。
2. 3 工艺对TP 去除效果分析
“超滤+反渗透”集成工艺对TP的去除效果见图6。从图6可以看出,超滤对TP 基本上没有去除效果，去除率最高不足15%。这一部分TP主要附着在颗粒相对较大的悬浮物或可溶性固体颗粒上，而且很多情况下几乎不去除，与理论相符合。个别时候超滤产水TP 高于进水，这是由于实验误差引起的。而反渗透对TP 的去除效果相当明显，平均去除率高达96.7 %，且相当稳定，波动范围仅为1.2 %。
2. 4 工艺对浊度去除效果分析
超滤和反渗透对浊度的去除见图7。在稳定运行之后，超滤对其的去除基本上达100%，大大缓解了反渗透膜的工作压力。该工艺产水从外观上看清澈透明。
2.5 工艺对TDS 去除效果分析
该试验中,超滤和反渗透工艺对TDS的去除效果见图8。超滤对TDS 没有去除效果。原因是原水中可溶物的粒子直径都很小，一般要在0.01μm 以下，它们能够透过超滤膜。而反渗透产水的TDS非常稳定，在16.7mg/L左右，最高不超过20 mg/ L，最低不低于15 mg/ L。
2.6 工艺对Cl-去除效果分析
超滤和反渗透工艺对Cl-的去除效果如图9 所示。超滤对Cl-不但没有去除,而且在很多情况下还大于进水中Cl-。这是因为在超滤前加的FeCl3混凝剂带进了Cl-。而反渗透对Cl-的去除效果很好而且比较稳定,其平均去除率达到97 %。
超滤运行方式可采用全量过滤和错流过滤。全量过滤时进水100%透过膜，当进水浊度大于等于15NTU时，应采用错流过滤方式：即一部分水透过膜成为产水#另一部分水在膜丝内侧流动，称为浓水。浓水可全部循环回到超滤进水中，也可以排放掉部分浓水，以免循环回路中浓水的浊度太高，经过一段时间（通常为15min-60min）的过滤,随着颗粒物在膜内的沉积,超滤膜需进行周期反洗,以便冲掉膜内污染物,恢复超滤膜过滤性能。反洗一般分为常规反洗和加药反洗(CEB)两种。在本次试验中，常规反洗分为正冲、反洗（底部反洗、顶部反洗），再正冲三个步骤。正冲水采用超滤进水，反洗水采用超滤产水。CEB加药反洗即在反洗水中注入一定量的次氯酸钠，对膜进行杀菌消毒和强化清洗$然后通过浸泡2分钟，加强反洗效果。
2.7超滤膜技术的前景分析
高性能的中空纤维超滤膜能满足大多数水处理的要求并能擅长处理各种类型的源水可以提供即可靠又节约投资的水处理工艺。目前在国内水工业市场,超滤技术已在电力、钢铁、化工等工业废水处理领域得到较多应用。随着经济社会发展,大规模废水处理工程将越来越多,为超滤膜技术开辟了广阔的市场空间。2010年后我国将开始进入严重的缺水期,而水质污染也逐渐成为我国城市安全供水的最大障碍。城市生活污水处理和中水回用将成为解决未来城市水资源危机的有效途径之一。因此超滤膜在未来市政污水处理市场将会具有广阔的市场空间。
3、结论
（1）超滤出水符合《城市污水再生利用城市杂用水水质标准》(GB/T 18920-2002)，超滤产水可以用作生活杂用水以及水质要求较差的其他回用水。
（2）反渗透工艺出水水质最优,能够完全满足《城市污水再生利用景观环境用水水质标准》( GB/ T18921 -2002) ,反渗透产水可以回用于城市污水再生利用景观环境用水以及水质要求较差的其他回用水。
（3）超滤对浊度的去除效果最为明显,去除率接近100 %。
（4）反渗透对各指标的去除效果都非常好,但是脱盐率不及97% ，与其正常脱盐率99%以上还有差距。其原因可能与原水中其他污染物的存在有关，有待于进一步探讨。
