水资源短缺已成为全球性问题,非常规水资源开发利用已成为解决水资源短缺的重要途径与方法,其中污水再生利用作为非常规水资源的主要来源之一。现阶段以超滤(ultra-filtration,UF)、反渗透(reverse osmosis,RO)为主体的双膜脱盐处理技术在海水淡化和工业水处理领域开展了大量的研究工作并在实际工程中得到应用,但针对UF-RO双膜技术在特定城镇污水深度处理及低温条件下的应用研究较少,特别缺乏对高污染负荷条件下双膜系统处理效能与RO膜污染形成及优化控制的系统性研究。本文以青岛某城镇污水处理厂与在低温条件下张家口崇礼密苑滑雪度假村生活污水二级处理出水为处理对象,利用中试规模的UF-RO双膜系统装置,开展了高污染负荷条件下双膜系统处理效能与RO膜污染形成及优化控制方法以及低温条件下系统运行效果研究,考察了不同水质波动与运行条件下双膜系统的运行稳定性,分析RO膜表面污染物组成特征,从而提出降低膜污染的强化预处理和在线膜污染控制方法,为UF-RO双膜技术的应用提供技术支撑。本中试试验研究主要研究结果如下:(1)通过检测UF-RO中试试验系统对青岛某城镇污水处理厂出水的污染物去除效果,发现UF作为RO的预处理单元对悬浮微粒及胶体去除效果显著,浊度平均去除率达95.4%,UF产水SDI15值小于2.5的概率达到98.21%,满足RO进水要求。RO产水电导率为 30 μs/cm～90 μs/cm,TN 为 0.12 mg/L～1.12 mg/L,TOC为0.12mg/L～1.25mg/L,UV254<0.008 cm-1,总硬度 92.73%的时间分布在 2.5 mg/L以下,系统出水水质及水量稳定。(2)开展微絮凝强化超滤运行效果及膜污染研究,发现微絮凝强化超滤可延缓膜污染程度,提高有机物去除率。与未投加絮凝剂相比,当聚合氯化铝(PAC)投加量为3 mg/L时TOC去除率提高了 19.74%,当FeCl3投加量为2 mg/L时TOC去除率提高了18.16%。本系统PAC的投加量不能超过4 mg/L,FeCl3的投加量不能超过3 mg/L,PAC可作为优选絮凝剂用于微絮凝强化超滤。通过超滤过滤-反洗优化研究,确定UF系统最优运行工况为:运行通量为60 L/(m2·h),产水周期为35min,反洗通量为230L/(m2·h)。(3)开展RO系统运行稳定性试验,研究出在盐度较高且波动范围较大的水质条件下运行压力、回收率、电导率和进水温度对RO膜脱盐率、膜通量和段间压差的影响规律和显著性,并建立相关关系式指导生产实践工作。其中,运行压力、进水电导率和温度对脱盐率的影响,可分别用以下方程指导系统正常运行时的脱盐率:y=A2+(A1-A2)/(1+(x/x0)^p)=0.98858-0.00032/(1+(x/1.30967)15.94)y=0.991814-0.000017 x y=A1*exp(-x/t1)+y 0=-0.506×e(-x/-21.08)+99.46(4)对RO膜组件进行解剖分析,发现污染类型主要为有机污染,有机污染物主要是微生物代谢产物和腐殖酸类腐殖质,且进水端较出水端膜面污染严重。进水端和出水端均含有芳香族结构或不饱和碳键的有机物、核酸类物质、糖类、硫酸盐、脂类物质等。通过微生物群落结构分析试验,发现UF-RO系统沿程水样和膜面污染物的优势均属基本相同,主要优势菌属归属为纲水平分类的γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)、放线菌纲(Actinobacteria)、α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)、拟杆菌纲(Bacteroidia)。(5)通过运行水温变化范围为9.5℃～12.9℃的低温试验,发现UF产水SDI15平均值为3.11,出水浊度低于0.5 NTU,满足RO进水要求。UF-RO双膜系统在低温条件下对污染物有很好的去除的效果:CODCr、UV254、TN、总硬度、电导率、TDS 的平均去除率分别为:92.6%、96.9%、87.4%、94.2%、98.1%、97.6%。在UF-RO系统长期运行过程中,UF产水流量稳定在3 m3/h,平均产水率高于90%,RO系统平均脱盐率、回收率和产水流量分别为98.3%、69.9%、2.1m3/h,UF-RO系统运行稳定。