陶氏抗污染反滲透膜回收廢水裕廊島經(jīng)驗(yàn)

1、陶氏抗污染反浸透膜回收廢水裕廊島經(jīng)歷摘要：新加坡作為島國自然資源匱乏，水成為它的一項(xiàng)戰(zhàn)略資源。目前新加坡的飲用水有一半來自鄰國馬來西亞，但是它與馬來西亞僅有的兩個供水協(xié)議將分別于2021年和2061年失效。隨著工業(yè)的繁榮，該國對水的需求也不斷增長。這種情況促使新加坡政府及其工業(yè)界不斷尋求創(chuàng)造性的供水方法，使該國的水資源更多地自給自足。關(guān)鍵詞：反浸透膜回收廢水裕廊島經(jīng)歷摘要新加坡作為島國自然資源匱乏，水成為它的一項(xiàng)戰(zhàn)略資源。目前新加坡的飲用水有一半來自鄰國馬來西亞，但是它與馬來西亞僅有的兩個供水協(xié)議將分別于2021年和2061年失效。隨著工業(yè)的繁榮，該國對水的需求也不斷增長。這種情況促使新加坡政

2、府及其工業(yè)界不斷尋求創(chuàng)造性的供水方法，使該國的水資源更多地自給自足。新加坡目前已建立起一個大型的反浸透工廠處理三級生化廢水，并將其轉(zhuǎn)化成適于蓬勃開展的石化工業(yè)使用的高級工業(yè)給水(HGI)。該反浸透系統(tǒng)由美國Aquateh國際公司(AI)供貨，并裝備了2184支陶氏化學(xué)公司的抗污染膜元件FILTEB30-365FR2。該系統(tǒng)由SUTSeraya(SUT)公司-Sebrp公用事業(yè)公司的子公司-負(fù)責(zé)運(yùn)營管理。整個系統(tǒng)為單級R，共6列，單列產(chǎn)水量50003/d，總產(chǎn)水量30,0003/d。每列分3段，按28:16:8排列，使用52個壓力容器(7元件的容器)，配置B30-365FR2元件364支。系統(tǒng)平

3、均設(shè)計通量10GFD(17l/2.h)，設(shè)計給水TDS為1300g/l。利用R技術(shù)及30,0003/d的容量帶來的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，SUT通過新加坡公用事業(yè)署不僅能將回收水出售給裕廊島用戶，而且其價格比目前的飲用水更廉價。SUT消費(fèi)的高級工業(yè)給水，可進(jìn)一步節(jié)省除鹽費(fèi)用，因?yàn)槠渲械慕^大多數(shù)溶解固體已通過反浸透膜除掉。為了使該工程經(jīng)濟(jì)上更加合算，這要求系統(tǒng)回收率設(shè)計打破常規(guī)。所以，SUT對三級廢水以高達(dá)85%(常規(guī)為75%)的設(shè)計回收率，將其轉(zhuǎn)化成可回用的高級工業(yè)用水。其中，Aquateh獨(dú)特的常規(guī)預(yù)處理工藝可以將生物活性廢水的SDI值降到正常值4以下。并且，SUT和Aquateh的工程師還發(fā)現(xiàn)：FI

4、LTE的抗污染膜非常容易清洗，常規(guī)化學(xué)藥品就足以滿足清洗的要求，這樣可以保持清洗本錢低廉。目錄：1.工程概況2.工程規(guī)劃及開展歷程3.中型試驗(yàn)及系統(tǒng)設(shè)計4.系統(tǒng)布局及運(yùn)行性能5.結(jié)論及展望保護(hù)稀缺的水資源1.工程概況：1.1裕廊島的形成1994年，當(dāng)新加坡開場施行其雄心勃勃的方案，準(zhǔn)備在亞太地區(qū)建立世界級的化工中心時，它將其南部的7個小島通過填筑水域的方法合并形成一個面積2650公頃的大島。這就是裕廊島(JI)。在裕廊島規(guī)劃和開展的同時，Sebrp公用事業(yè)公司-通過它的子公司SUTSakra公司和SUTSeraya公司-施行了一項(xiàng)“公用事業(yè)設(shè)施集中化的概念方案。該方案可向預(yù)定建于裕廊島的眾多石

5、化公司、化學(xué)公司及精煉公司提供一系列的公用設(shè)施，諸如蒸汽供給、廢水處理、除鹽水供給、冷卻水供給、產(chǎn)品貯存設(shè)施及終端設(shè)施，等等。1.2水-戰(zhàn)略資源新加坡地域狹小，只有660平方公里，相對而言，人口那么高達(dá)400萬，僅僅靠新加坡島的集水量遠(yuǎn)不能滿足對水的全部需求。所以，新加坡有一半的給水需通過兩個供水協(xié)議(分別于2021年和2061年失效)從鄰國馬來西亞購置。基于戰(zhàn)略重要性，早在20世紀(jì)70年代，新加坡已經(jīng)向裕廊島工業(yè)區(qū)提供工業(yè)用水(I)作為替代性的工業(yè)水源。這種工業(yè)用水主要是從UluPandan廢水回收廠排放的的經(jīng)過三級處理的廢水(新加坡的污水需處理到符合標(biāo)準(zhǔn)20ppBD,30ppSS)。工業(yè)用

6、水(I)的典型水質(zhì)為BD3pp,SS5ppandTDS1300pp，為了鼓勵回用它，其出售價格比飲用水廉價很多，因此，無論對直接的工業(yè)回用還是進(jìn)一步深度處理均有很大的吸引力。由于化學(xué)和石化部門的用水主要是非飲用目的(占新加坡整個飲用水量的5)，所以這促使SUT和政府開發(fā)創(chuàng)造性的水源以替代現(xiàn)有的飲用水源。2.工程規(guī)劃及開展歷程2.1為裕廊島規(guī)劃替代水源早在裕廊島規(guī)劃階段，人們就已經(jīng)設(shè)想將位于裕廊工業(yè)區(qū)的工業(yè)水網(wǎng)加以延伸，以滿足整個裕廊島的工業(yè)需要。利用供給裕廊島的工業(yè)用水，采用R/EDR技術(shù)或相關(guān)技術(shù)進(jìn)一步可將工業(yè)用水處理成高級工業(yè)用水(HGI)，這被認(rèn)為在經(jīng)濟(jì)上是可行的。標(biāo)準(zhǔn)為了使廢水的回用對

7、工業(yè)界更具吸引力，人們認(rèn)為高級工業(yè)用水(HGI)應(yīng)該比公共事業(yè)署(PUB)提供的飲用水水質(zhì)稍好一點(diǎn)。其目的電導(dǎo)率將控制小于250S/，相比而言，PUB提供給裕廊地區(qū)的飲用水水質(zhì)電導(dǎo)率為350-650S/。1996年和1997年，通過對擬投資于新加坡裕廊島的石化公司、化學(xué)工司及精煉公司展開調(diào)查，預(yù)計飲用水級的工業(yè)用水消耗量將到達(dá)50,0003/d。因此，我們規(guī)劃了一個日產(chǎn)30,0003高級工業(yè)用水的工廠。在投產(chǎn)后，假如產(chǎn)品水以稍低一些的價格出售，那么將很容易取代PUB的飲用水。接下來，在1997年和1998年，SUT開場著手開展用工業(yè)用水(I)作原料的替代水源。人們預(yù)計工業(yè)用水(I)可以進(jìn)一步處

8、理并制得可與飲用水相比的產(chǎn)品水，但只用于工業(yè)目的。這種水即被命名為高級工業(yè)用水(HGI)，以與工業(yè)用水(I)相區(qū)別，并通過單獨(dú)的給水系統(tǒng)賣給裕廊島的工業(yè)用戶。2.2工業(yè)用水(I)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計HGI水廠的起點(diǎn)是工業(yè)用水水質(zhì)。到目前為止，新加坡公用事業(yè)署(PUB)經(jīng)營裕廊工業(yè)水網(wǎng)(JI-處理來自UlaPandan廢水回收廠排放的三級廢水處理廠)已長達(dá)20年，并積累了豐富的工業(yè)用水(I)水質(zhì)數(shù)據(jù)。然而，就象其他許多下水道陳舊、地下水位高的海岸城市一樣，海水倒灌現(xiàn)象導(dǎo)致工業(yè)用水組分隨著潮位而急劇變化。氯化物程度從100g/l可變化到500g/l，但正常的范圍為250+100pp。在相當(dāng)長的時期內(nèi)，我們觀察

9、到工業(yè)用水(I)的電導(dǎo)率從低達(dá)800S/可波動到高達(dá)1800S/，有時甚至高達(dá)2000S/。因此，為慎重起見，應(yīng)該提供平安設(shè)計裕度。在設(shè)計R時，原水標(biāo)準(zhǔn)采用相當(dāng)于TDS1300g/l的最大電導(dǎo)率。另外，考慮到R膜的逐漸污堵和鹽通量隨時間的增加，我們也提供了很高的平安設(shè)計裕度。2.3技術(shù)招標(biāo)及評估建立30,0003/d的工業(yè)用水深度處理廠的工程在1997年初舉行招標(biāo)，有10多家國際著名的水公司參與組織的投標(biāo)。評標(biāo)那么基于每份標(biāo)書的實(shí)際凈值進(jìn)展(結(jié)合資金和長期運(yùn)行本錢的影響)，同時考慮采用當(dāng)時最可靠的先進(jìn)技術(shù)。提交的各種標(biāo)書大概可以歸類成三種根本不同的工藝：a)EDR技術(shù)b)用微濾(F)作預(yù)處理的

10、反浸透(R)技術(shù))用傳統(tǒng)雙介質(zhì)過濾(DF)作預(yù)處理的反浸透(R)技術(shù)EDR技術(shù)和R相比由于其達(dá)不到高脫鹽率而未被采納。F膜作預(yù)處理工藝與傳統(tǒng)介質(zhì)過濾相比經(jīng)濟(jì)性上有兩個缺乏。其一，每隔5年F組件必須更換；其二，F(xiàn)膜只能提供90-95的系統(tǒng)回收率。相比而言，傳統(tǒng)雙介質(zhì)過濾(DF)不需要昂貴的介質(zhì)更換費(fèi)用(砂子和無煙煤相對廉價)，更重要的是，DF由于使用R的濃水作反洗水而可將其回收率進(jìn)步到99%。令SUT感到欣慰的是，位于印度hennai的馬德拉斯肥料(FL)，成功地將傳統(tǒng)雙介質(zhì)過濾和標(biāo)準(zhǔn)陶氏R膜結(jié)合使用多年，日產(chǎn)12,2503產(chǎn)品水。因此，用傳統(tǒng)雙介質(zhì)過濾(DF)作預(yù)處理的反浸透(R)方案被確定下

11、來。2.4系統(tǒng)回收率及工程經(jīng)濟(jì)性由于公用事業(yè)署(PUB)對新加坡使用的每噸工業(yè)用水征收水費(fèi)0.43新元，所以廢水回收廠只有采用最高的可行的回收率，方能使該工程經(jīng)濟(jì)上可行。同時，消費(fèi)者也盼望有一個具有競爭性的水價。因此，挑選剩下的標(biāo)書必須采用介質(zhì)過濾作為R的預(yù)處理，而且R裝置的回收率高達(dá)86，結(jié)合預(yù)處理部分99的回收率，最后整個系統(tǒng)的回收率到達(dá)85。3.中型試驗(yàn)及系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計和建立污水回用廠的合同最后被美國Aquateh國際公司(AI)中標(biāo)。在設(shè)計的最初階段，為了使SDI值到達(dá)R膜要求的目的值(4.0)，工程公司決定采用兩級雙介質(zhì)過濾DF(初級：PDF和次級：SDF)作預(yù)處理。這就意味著為裕廊島

12、將來可能出現(xiàn)的水質(zhì)不穩(wěn)定狀態(tài)提供了裕度。3.1中型試驗(yàn)為模擬兩級DF，E建立了一套中試裝置，以篩癬優(yōu)化混凝/絮凝工藝，同時優(yōu)化介質(zhì)層。E作了一系列容器試驗(yàn)，測試了不同濃度的多種聚合物，并通過沉降性試驗(yàn)、絮體形成試驗(yàn)、濁度測量等方法確定每種聚合物的最正確效果。從該容器試驗(yàn)中，挑選出兩種聚合物，作為進(jìn)一步中試研究。中試主要測量不同濃度下的濁度和SDI值?；跍y試結(jié)果，最后確定采用的聚合物和混凝劑。由于中試中觀察到SDI穿透(5)，基于初級過濾器的最小泥沙帶出量，二級過濾器采用了細(xì)砂以增加SDI值的穩(wěn)定性。(SDI的設(shè)計目的為4)人們進(jìn)展了聚合物帶出試驗(yàn)，并發(fā)現(xiàn)帶出結(jié)果為零。確定化學(xué)藥品及過濾介質(zhì)的

13、優(yōu)化配置之后，建立了一套單獨(dú)的閉合循環(huán)的中試系統(tǒng)，以模擬R系統(tǒng)的第3段的最后一支元件。該系統(tǒng)由單支陶氏FILTEB30-365FR2抗污染元件組成，運(yùn)行回收率86。該系統(tǒng)運(yùn)行將近一月之后證明沒有任何污堵。接下來，回收率進(jìn)步到90，強(qiáng)迫產(chǎn)生了一些污堵。但是，即使這樣也沒有產(chǎn)生嚴(yán)重的污堵。因此，證明預(yù)處理是充分的。這些試驗(yàn)也有助于減少現(xiàn)場調(diào)試所需的時間。SUT選擇FILTE的B30-365FR2抗污染膜，既是基于該膜在凈化生物活性水方面的卓越性能得到理論證明，也是基于陶氏可靠的技術(shù)效勞和支持。陶氏在hennai的馬德拉斯化肥廠的跟蹤記錄使SUT更加放心。在將近10年中，陶氏標(biāo)準(zhǔn)膜成功地用于印度he

14、nnai廠，以凈化有機(jī)物含量高的生物活性水。過去，膜技術(shù)因其污堵速度快而被認(rèn)為不合適這種惡劣水質(zhì)。FILTEB30-365FR2是卷式復(fù)合膜，具有很強(qiáng)的抗污染性能。FILTEFR抗污染元件有著諸多性能優(yōu)勢和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢：先進(jìn)的自動卷膜技術(shù)使精度到達(dá)手工卷制望塵莫及的程度；增加膜片數(shù)縮短膜片長顯著減小了產(chǎn)水側(cè)的壓力損失，這樣效率更高，驅(qū)動壓更均勻，產(chǎn)水通量分布也更均勻。元件的給水通道寬34il，比其他品牌產(chǎn)品寬10-20，這使得清洗更容易。FILTEFR抗污染膜證明抗細(xì)菌吸附，因此可大大延長清洗周期。FILTEFR元件的生物累積和生物污堵的速率很低，這樣平均給水壓力很低，從而顯著降了低能耗。3.2A

15、I提供的獨(dú)特的系統(tǒng)設(shè)計特點(diǎn)為維持SDI值，過濾器設(shè)計具有如下特點(diǎn):a)雙室過濾器設(shè)計。通過將濾層分成兩室可進(jìn)步空氣擦洗及反洗的效果。這種設(shè)計使我們可更好地控制整個過濾流通面上的通量。并增加過濾器的高度，以進(jìn)一步增強(qiáng)流量分配的均勻性。初級過濾器主要為顆粒和污泥堆積提供空間，次級過濾器那么作為精濾器。初級和次級過濾器始終有一個以上保持在線運(yùn)行。這樣SDI值的穩(wěn)定性更好，因?yàn)槿魏螘r候過濾系統(tǒng)都沒有運(yùn)行在新反洗的狀態(tài)。b)初級過濾和次級過濾交織反洗設(shè)計上，初級和次級過濾器交織反洗，防止同步。由于初級過濾器的壓差超標(biāo)比次級過濾器更為頻繁，故而其反洗頻率也更高。交織的概念有助于確保過濾過程一直在壓實(shí)的濾床

16、上進(jìn)展。這一點(diǎn)有助于穩(wěn)定SDI值。為到達(dá)86的系統(tǒng)回收率，R的第一、二段設(shè)一臺高壓泵，第三段設(shè)一臺段間升壓泵，并在第一段的產(chǎn)品水管上設(shè)節(jié)流孔板以控制第二段的給水流量。這種設(shè)計允許第一、二段運(yùn)行的同時，沖洗第三段。由于待處理水的本性及系統(tǒng)回收率高的特點(diǎn)，第三段R濃水到達(dá)的飽和程度極高，極易導(dǎo)致污堵和結(jié)垢。由于產(chǎn)品水具有溶解性能，第三段用產(chǎn)品水定期進(jìn)展污染物和沉淀物的沖洗，防止板結(jié)。每一運(yùn)行班都要對第三段進(jìn)展隔離，用產(chǎn)品水沖洗，同時前兩段保持75的回收率繼續(xù)制水。每次啟停系統(tǒng)都遵循上述沖洗規(guī)程。AI公司在該系統(tǒng)中采用變頻驅(qū)動裝置(VFD)作為節(jié)能設(shè)施。高壓泵設(shè)計的揚(yáng)程很高，足以滿足膜污堵所需的高壓

17、力，使膜元件充分到達(dá)其使用壽命。通過采用變頻驅(qū)動，高壓泵正好運(yùn)行在使膜不產(chǎn)生污堵所需的壓頭下。因此，不必在泵的出口設(shè)置節(jié)流閥以控制多余的壓頭。這樣在最初幾年就能節(jié)省大量能源。VFD使軟啟停成為可能。這樣，馬達(dá)可以在較長的時間內(nèi)逐漸加速或減速到期望值。這可防止水錘作用對膜的破壞，而水錘會使膜孔壓實(shí)，進(jìn)而導(dǎo)致通量損失。同時，因元件在壓力容器內(nèi)的挪動導(dǎo)致的望遠(yuǎn)鏡現(xiàn)象也可防止。AI公司采用了下述方法減少水的損失，進(jìn)步回收率:a)回收排污水過濾器反洗之前的排污水通過再循環(huán)管線送回入口回用。這個設(shè)計節(jié)約了相當(dāng)可觀的水，否那么這部分水將被浪費(fèi)。b)用氯化消毒的R濃水反洗雙介質(zhì)過濾器將R濃水用于反洗過濾器也獲

18、得了顯著的節(jié)水效果。反洗水箱由于濃水的不斷流過而始終處于攪拌狀態(tài)，這樣水箱就可以保持滿水位，而且新穎的濃水不斷更換原有的濃水。每次反洗工藝開場之前，對反洗用的濃水先進(jìn)展氯化消毒，以防止過濾器的底部發(fā)生任何污染。)過濾器正洗水循環(huán)使用正洗步驟需消耗相當(dāng)可觀的水量。在正洗階段，先將過濾器底部的濃水置換排放，而后的所有正洗排水全部再循環(huán)，送回入口水箱回用。這樣，可以延長正洗步驟，更好地壓實(shí)濾床，從而控制SDI值。4.系統(tǒng)布局及運(yùn)行性能三級廢水(原工業(yè)用水I)作為給水如圖1所示通過預(yù)處理工藝步驟進(jìn)展深度處理。在系統(tǒng)中參加Nal以盡可能控制生物及藻類的滋長處于低程度。在整個預(yù)處理階段，游離余氯和化合氯維

19、持一定的程度。在給水進(jìn)入R膜之前，參加亞硫酸氫鈉(SBS)，確保沒有游離余氯接觸膜元件。為防止難溶鹽類結(jié)垢，R的給水往往需要參加阻垢劑。對進(jìn)入R元件的經(jīng)過預(yù)處理的給水，在線監(jiān)測其氧化復(fù)原電位(RP)。在R元件的上游，每周一次參加非氧化性的殺生劑，以防止R系統(tǒng)滋長微生物。給水中氯胺的程度為0.5g/l。R的給水壓力980kPa(9.8bar，140PSI)。圖1中稱作“EBRANE1-6的R裝置，共6列，規(guī)格一樣。新加坡SUT水處理工廠概圖每列R由3段組成，其布局如圖2所示。新加坡SUT水處理工廠單列R的配置概圖本卷須知、清洗及膜分析R產(chǎn)品水水質(zhì)始終符合高級工業(yè)用水(HGI)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。見下表“

20、工業(yè)用水(I)和高級工業(yè)用水(HGI)的實(shí)際值及標(biāo)準(zhǔn)值的比擬。裕廊工業(yè)用水(I)和高級工業(yè)用水(HGI)的實(shí)際值和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)值的比擬參數(shù)如無特別說明單位為g/lI標(biāo)準(zhǔn)I實(shí)際值(in.-ax.)運(yùn)行范圍HGI標(biāo)準(zhǔn)HGI實(shí)際值(in.-ax.)運(yùn)行范圍pH6.57.06.67.46.57.56.87.2電導(dǎo)率(S/)7002200700220025066133總?cè)芙夤腆w(TDS)3501,30050013001503370濁度(NTU)0.52.00.41.70.50.10.4TSS-總懸浮固體3.06.5383540.50.070.13色度(HazenUnit)5151355總硬度(asa3)10

21、02501001606013總堿度(asa3)30804080451622鈉65300150200501012氯10050015050055621硫酸根(asS4)80145120160307二氧化硅(asSi2)1-106102.00.10.4氨-N(asN)31851530.11.0磷酸鹽(asP)1-4240.50.040.10嗅味U.U.U.U.BD55531D306020301024細(xì)菌FU/100l100010001氟0.2-1.00.2-0.70.10.02鍶N.0.21N.N.鋇N.0.010.1N.N.鋁0.090.031.00.1鐵0.090.020.090.040.020

22、.04錳0.060.050.050.05銅0.020.050.020.05鋅0.060.050.050.02As,d,r,Pb,Hg,Se0.0250ppbax.eahN.D.0.0001氰化物H2S0.02N.D.N.D.N-0.01新加坡SUT水處理工廠SDI值原工業(yè)用水有時SDI值(6)及TSS(6-6.5pp)很高，這偶然導(dǎo)致R給水的SDI值超過4。當(dāng)R給水的SDI值長期超過4時，要求系統(tǒng)的回收率從86降到75。而且在2000年元月啟動及其后的幾個月中，該系統(tǒng)的回收率慎重地控制在75，而后在半年期間緩慢增加到86。清洗周期預(yù)計，在86的回收率下，每月一次。在4周的清洗間隔中，產(chǎn)品水流量標(biāo)準(zhǔn)化后會典型地下降15-20%。清洗后，標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)水量能恢復(fù)到原有程度。FILTE膜允許在很高的pH值(30時最高可到pH12，35時最高可到pH11.5)下進(jìn)