陶氏抗污染反滲透膜回收廢水裕廊島經驗
摘要
新(xin)加坡作為島國(guo)自然資(zi)源匱乏，水成為它的(de)(de)一項戰略資(zi)源。目前(qian)新(xin)加坡的(de)(de)飲用水有一半來自鄰國(guo)馬來西亞，但是(shi)它與馬來西亞僅有的(de)(de)兩個供(gong)水協(xie)議將分(fen)別(bie)于2011年(nian)和2061年(nian)失效。隨著(zhu)工(gong)業的(de)(de)繁(fan)榮，該國(guo)對水的(de)(de)需求也不(bu)斷增長。這種(zhong)情況促使(shi)新(xin)加坡政府及其工(gong)業界不(bu)斷尋求創造性的(de)(de)供(gong)水辦法，使(shi)該國(guo)的(de)(de)水資(zi)源更多地(di)自給自足。
新加坡目前(qian)已建立起一(yi)個大型(xing)的(de)反滲透工廠處理(li)三級(ji)生化廢水(shui)(shui)，并(bing)將其轉化成適于蓬(peng)勃發展的(de)石化工業使用的(de)高級(ji)工業給水(shui)(shui)(HGIW)。該(gai)反滲透系統(tong)由(you)美國Aquatech國際公司(si)(si)(AIC)供(gong)貨(huo)，并(bing)裝備(bei)了(le)2184支(zhi)陶氏(shi)化學公司(si)(si)的(de)抗污(wu)染膜元件FILMTECâBW30-365FR2。該(gai)系統(tong)由(you)SUT Seraya (SUT)公司(si)(si)---SembCorp公用事(shi)業公司(si)(si)的(de)子公司(si)(si)---負責(ze)運營(ying)管理(li)。整個系統(tong)為(wei)單(dan)級(ji)RO，共6列(lie)，單(dan)列(lie)產(chan)水(shui)(shui)量5000m3/d，總產(chan)水(shui)(shui)量30,000m3/d。每列(lie)分3段(duan)，按28:16:8排列(lie)，使用52個壓力容器(7元件的(de)容器)，配置BW30-365FR2元件364支(zhi)。系統(tong)平均設計(ji)通量10GFD(17l/m2.h)，設計(ji)給水(shui)(shui)TDS為(wei)~1300 mg/l。
利用(yong)(yong)RO技術及30,000m3/d的(de)容量帶(dai)來的(de)規模經濟(ji)效應，SUT通過新加(jia)坡公用(yong)(yong)事業(ye)署不僅能將(jiang)回收(shou)水出售給裕(yu)廊(lang)島用(yong)(yong)戶，而且其價格(ge)比(bi)目前的(de)飲用(yong)(yong)水更便宜(yi)。SUT生產的(de)高(gao)級工業(ye)給水，可(ke)進一步節省除(chu)鹽(yan)費(fei)用(yong)(yong)，因為其中的(de)絕大多(duo)數溶解固體(ti)已通過反滲透膜除(chu)掉。
為了使該工(gong)(gong)程經濟上更(geng)加合算，這(zhe)要(yao)求(qiu)系(xi)統回收率(lv)設(she)計突破(po)常(chang)(chang)(chang)規。所以(yi)，SUT對三級廢水以(yi)高達85%(常(chang)(chang)(chang)規為75%)的(de)(de)設(she)計回收率(lv)，將其轉化成可(ke)回用的(de)(de)高級工(gong)(gong)業用水。其中(zhong)，Aquatech獨特的(de)(de)常(chang)(chang)(chang)規預(yu)處理(li)工(gong)(gong)藝可(ke)以(yi)將生(sheng)物活性廢水的(de)(de)SDI值降到(dao)正常(chang)(chang)(chang)值4以(yi)下。并且，SUT和Aquatech的(de)(de)工(gong)(gong)程師還發現：FILMTEC的(de)(de)抗污染膜非常(chang)(chang)(chang)容(rong)易清洗，常(chang)(chang)(chang)規化學藥品(pin)就足以(yi)滿足清洗的(de)(de)要(yao)求(qiu)，這(zhe)樣(yang)能(neng)夠保(bao)持清洗成本低廉(lian)。
目 錄：
1. 工程概況
2. 項(xiang)目規劃及(ji)發(fa)展歷(li)程(cheng)
3. 中(zhong)型試驗及(ji)系統(tong)設(she)計
4. 系統布(bu)局及運行性能
5. 結論及(ji)展望 – 保護稀缺的水(shui)資源
1. 工程概況(kuang)：
1.1 裕廊島的(de)形成
1994年(nian)，當新(xin)加坡開始實施其雄心勃勃的計劃，準備在亞太(tai)地區建立(li)世界級(ji)的化(hua)工中(zhong)心時，它將其南部的7個小島(dao)通過填筑水域的辦法合并形成一個面積(ji)2650公頃(qing)的大(da)島(dao)。這就是裕廊(lang)島(dao)(JI)。
在裕廊(lang)島規劃和(he)發(fa)展(zhan)的(de)(de)同時，SembCorp公(gong)用事業公(gong)司---通過它的(de)(de)子公(gong)司SUT Sakra 公(gong)司和(he) SUT Seraya公(gong)司---實施(shi)了一(yi)項“公(gong)用事業設(she)施(shi)集(ji)中化(hua)”的(de)(de)概(gai)念方案(an)。該方 案(an)可向預定建于(yu)裕廊(lang)島的(de)(de)眾多石(shi)化(hua)公(gong)司、化(hua)學(xue)公(gong)司及精煉公(gong)司提供(gong)(gong)一(yi)系列的(de)(de)公(gong)用設(she)施(shi)，諸如蒸(zheng)汽供(gong)(gong)應、廢水(shui)處(chu)理、除鹽(yan)水(shui)供(gong)(gong)應、冷(leng)卻(que)水(shui)供(gong)(gong)應、產品貯存設(she)施(shi)及終端設(she)施(shi)，等等。
1.2 水-戰(zhan)略資源
新加(jia)坡地域狹小，只有660平方公里，相對而言，人口則高達(da)400萬，僅僅靠新加(jia)坡島的(de)集水量遠(yuan)不能滿足對水的(de)全部需求。所(suo)以，新加(jia)坡有一半的(de)給水需通過兩個供(gong)水協議(分別于(yu)2011年(nian)和2061年(nian)失效)從鄰國馬來西亞(ya)購(gou)買(mai)。
基(ji)于(yu)戰略(lve)重要(yao)性(xing)，早在(zai)20世紀70年代，新加坡已經(jing)向裕廊島工業(ye)區(qu)提供工業(ye)用(yong)水(shui)(shui)(shui)(IW)作為替(ti)代性(xing)的(de)工業(ye)水(shui)(shui)(shui)源(yuan)。這種工業(ye)用(yong)水(shui)(shui)(shui)主要(yao)是從 Ulu Pandan 廢(fei)水(shui)(shui)(shui)回(hui)收廠排放(fang)的(de) 的(de)經(jing)過(guo)三級處理(li)的(de)廢(fei)水(shui)(shui)(shui)(新加坡的(de)污水(shui)(shui)(shui)需處理(li)到符合(he)標準20ppm BOD, 30ppm SS)。 工業(ye)用(yong)水(shui)(shui)(shui)(IW)的(de)典型(xing)水(shui)(shui)(shui)質為 BOD <3 ppm, SS <5 ppm and TDS <1300ppm，為了鼓 勵回(hui)用(yong)它(ta)，其出(chu)售價格比飲用(yong)水(shui)(shui)(shui)便宜(yi)很多，因此，無論對直接的(de)工業(ye)回(hui)用(yong)還(huan)是進(jin)一步深度處理(li)均有(you)很大的(de)吸引力。
由(you)于化學和石(shi)化部門的(de)(de)(de)用水(shui)主要是非(fei)飲用目的(de)(de)(de)(占新(xin)加(jia)坡整(zheng)個飲用水(shui)量的(de)(de)(de)5%)，所以(yi)這促使SUT和政府(fu)開發創造性的(de)(de)(de)水(shui)源以(yi)替(ti)代現有的(de)(de)(de)飲用水(shui)源。
2. 項目(mu)規劃及發展歷程
2.1 為裕廊島規劃(hua)替(ti)代(dai)水源
早在(zai)裕廊島(dao)規劃階段(duan)，人們就已經(jing)設想將位于(yu)裕廊工(gong)(gong)業(ye)區的(de)工(gong)(gong)業(ye)水網(wang)加以(yi)延伸(shen)，以(yi)滿足整個(ge)裕廊島(dao)的(de)工(gong)(gong)業(ye)需要。利用(yong)供給(gei)裕廊島(dao)的(de)工(gong)(gong)業(ye)用(yong)水，采用(yong)RO/EDR技(ji)術或(huo)相關(guan)技(ji)術進一步(bu)可將工(gong)(gong)業(ye)用(yong)水處(chu)理(li)成(cheng)高級工(gong)(gong)業(ye)用(yong)水(HGIW)，這被認為在(zai)經(jing)濟(ji)上是(shi)可行的(de)。
2.1.1 高(gao)級工業用水(HGIW) 規范
為(wei)了使廢水(shui)的(de)回用(yong)(yong)對(dui)工業(ye)界更具吸引力，人們認(ren)為(wei)高級工業(ye)用(yong)(yong)水(shui)(HGIW)應該比公共(gong)事業(ye)署(shu)(PUB)提(ti)供(gong)的(de)飲用(yong)(yong)水(shui)水(shui)質稍好(hao)一(yi)點。其目(mu)標電(dian)導(dao)率(lv)(lv)將控制小于(yu)250μS/cm，相比而(er)言，PUB提(ti)供(gong)給裕廊地(di)區的(de)飲用(yong)(yong)水(shui)水(shui)質電(dian)導(dao)率(lv)(lv)為(wei)350-650μS/cm 。
1996年和1997年，通(tong)過對擬(ni)投資于新加(jia)坡裕(yu)廊島的(de)石化公(gong)司、化學工(gong)司及精煉(lian)公(gong)司展開調查，預計飲用水(shui)級(ji)的(de)工(gong)業用水(shui)消耗量將(jiang)達到50,000m3/d。因此，我們(men)規(gui)劃(hua)了(le)一個日(ri)產(chan)30,000m3高級(ji)工(gong)業用水(shui)的(de)工(gong)廠。在投產(chan)后，如果(guo)產(chan)品水(shui)以稍低一些的(de)價(jia)格出售，那么將(jiang)很(hen)容易(yi)取代PUB的(de)飲用水(shui)。
接(jie)下來，在1997年(nian)和1998年(nian)，SUT開始著手發展用(yong)(yong)工(gong)業(ye)用(yong)(yong)水(shui)(shui)(IW)作原(yuan)料的替代(dai)水(shui)(shui)源。人們預計工(gong)業(ye)用(yong)(yong)水(shui)(shui)(IW)能夠進(jin)一步處理并制得可與(yu)飲用(yong)(yong)水(shui)(shui)相比的產(chan)品水(shui)(shui)，但只用(yong)(yong)于工(gong)業(ye)目的。這種水(shui)(shui)即(ji)被命名(ming)為高級工(gong)業(ye)用(yong)(yong)水(shui)(shui)(HGIW)，以與(yu)工(gong)業(ye)用(yong)(yong)水(shui)(shui)(IW)相區別(bie)，并通過單獨的給水(shui)(shui)系統賣給裕廊島的工(gong)業(ye)用(yong)(yong)戶。
2.2 工業(ye)用水(IW)規范(fan)
設計(ji)HGIW水(shui)(shui)(shui)廠(chang)的(de)起點是工業(ye)用(yong)(yong)水(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)質。到目前為止，新加坡公用(yong)(yong)事業(ye)署(shu)(PUB)經營裕廊工業(ye)水(shui)(shui)(shui)網(JIWW-處(chu)理來自Ula Pandan 廢(fei)水(shui)(shui)(shui)回收廠(chang)排放的(de)三級廢(fei)水(shui)(shui)(shui)處(chu)理廠(chang))已 長達20年，并積累了豐(feng)富的(de)工業(ye)用(yong)(yong)水(shui)(shui)(shui)(IW)水(shui)(shui)(shui)質數據。
然而，就象(xiang)其他(ta)許多下水道陳舊、地下水位(wei)高的海(hai)岸(an)城市一樣，海(hai)水倒灌現象(xiang)導致(zhi)工業用水組分隨著(zhu)潮位(wei)而急劇變化(hua)。氯化(hua)物水平從100mg/l可變化(hua)到500mg/l，但正常的范圍為(wei)250+100ppm。
在(zai)相當長(chang)的時(shi)期內，我們觀察到工業用水(IW)的電導(dao)率從低達800mS/cm可波動到高達1800mS/cm，有時(shi)甚至(zhi)高達2000mS/cm。因此，為謹慎起(qi)見，應該提(ti)供安(an)全設計裕(yu)度。在(zai)設計RO時(shi)，原水規范(fan)采用相當于TDS1300mg/l的最(zui)大電導(dao)率。另外，考慮到RO膜(mo)的逐(zhu)漸污堵和鹽(yan)通(tong)量隨時(shi)間的增加，我們也提(ti)供了很高的安(an)全設計裕(yu)度。
2.3 技術招標(biao)及評(ping)估(gu)
建設30,000m3/d的(de)工業用水深度處理廠的(de)項目在1997年初舉行(xing)招標(biao)，有10多家國際著名的(de)水公司(si)參與組(zu)織的(de)投標(biao)。評標(biao)則(ze)基于每份標(biao)書(shu)的(de)實際凈值進行(xing)(結合資金和(he)長期運行(xing)成(cheng)本的(de)影響)，同時考慮采用當時最可靠的(de)先進技術。
提交(jiao)的各種標書大概(gai)可(ke)以歸類成三(san)種基本不同的工藝：
a) EDR 技術
b) 用微濾(MF)作預處理(li)的反(fan)滲(shen)透(tou)(RO)技術(shu)
c) 用傳(chuan)統雙(shuang)介(jie)質過(guo)濾(DMF)作預處理的反滲透(RO)技術
EDR技術(shu)和RO相(xiang)比由于其達不到高脫鹽率而未被采納。
MF膜(mo)作預(yu)處理工藝與傳統介(jie)(jie)質(zhi)過濾(lv)相(xiang)比經(jing)濟性(xing)上(shang)有(you)兩個不(bu)足。其一(yi)，每(mei)隔5年MF組件(jian)必(bi)須更(geng)換(huan)；其二，MF膜(mo)只能(neng)提供90-95%的系(xi)統回(hui)收率。相(xiang)比而言，傳統雙介(jie)(jie) 質(zhi)過濾(lv)(DMF)不(bu)需要(yao)(yao)昂(ang)貴(gui)的介(jie)(jie)質(zhi)更(geng)換(huan)費(fei)用(砂子和無(wu)煙煤相(xiang)對便宜)，更(geng)重要(yao)(yao)的是(shi)，DMF由于使用RO的濃(nong)水作反洗水而可將其回(hui)收率提高到99%。
令SUT感到欣慰的是，位于印度Chennai的馬德(de)拉斯(si)肥料有限公(gong)司(MFL)，成功(gong)地將(jiang)傳統雙介質過濾和標(biao)準陶(tao)氏RO膜結(jie)合使用多年，日產12,250m3產品(pin)水(shui)。
因此，用傳統雙(shuang)介質過濾(DMF)作預(yu)處理的反(fan)滲透(RO)方案被確定下來。
2.4 系統(tong)回收率(lv)及項目經濟性
由于(yu)公用(yong)事業署(PUB)對(dui)新加坡使用(yong)的(de)每(mei)噸工(gong)業用(yong)水征收(shou)水費(fei)0.43新元，所以廢水回收(shou)廠只有采用(yong)最(zui)高(gao)的(de)可(ke)行的(de)回收(shou)率，方(fang)能使該項目經(jing)濟上可(ke)行。同時，消費(fei)者(zhe)也盼望有一個(ge)具有競爭(zheng)性的(de)水價。因(yin)此，篩選(xuan)剩下的(de)標書必須采用(yong)介質過濾作為RO的(de)預處理(li)，而且RO裝(zhuang)置(zhi)的(de)回收(shou)率高(gao)達86%，結(jie)合預處理(li)部(bu)分(fen)99%的(de)回收(shou)率，最(zui)后整個(ge)系統的(de)回收(shou)率達到85%。
3. 中型試驗及系統設計
設(she)計(ji)和(he)建(jian)設(she)污水回用廠的(de)合同最后被美(mei)國(guo)Aquatech國(guo)際公司(AIC)中標。在設(she)計(ji)的(de)最初階段，為了(le)(le)使SDI值達到RO膜要(yao)求的(de)目(mu)標值(<4.0)，工程公司決定采用兩級 雙介質過濾DMF(初級：PDMF和(he)次級：SDMF)作(zuo)預處理。這就意味著為裕廊島將(jiang)來可能(neng)出現(xian)的(de)水質不穩定狀態提供了(le)(le)裕度(du)。
3.1 中(zhong)型試驗(yan)
為模擬兩(liang)級DMF，OEM建(jian)立了一套中試裝置，以篩(shai)選(xuan)、優化(hua)(hua)混凝(ning)(ning)/絮凝(ning)(ning)工藝(yi)，同時優化(hua)(hua)介質(zhi)層(ceng)。
3.1.1 混凝和絮凝的優化
OEM作(zuo)了(le)一(yi)(yi)系列容器(qi)試(shi)驗(yan)，測(ce)試(shi)了(le)不同濃度(du)(du)的(de)(de)多種(zhong)聚合物，并通過沉降性(xing)試(shi)驗(yan)、絮(xu)體(ti)形(xing)成試(shi)驗(yan)、濁(zhuo)度(du)(du)測(ce)量(liang)等(deng)方(fang)法確定每種(zhong)聚合物的(de)(de)最佳效果。從(cong)該容器(qi)試(shi)驗(yan)中(zhong)，篩選出兩種(zhong)聚合物，作(zuo)為進一(yi)(yi)步中(zhong)試(shi)研究。中(zhong)試(shi)主要測(ce)量(liang)不同濃度(du)(du)下的(de)(de)濁(zhuo)度(du)(du)和SDI值。基于測(ce)試(shi)結果，最后(hou)確定采用的(de)(de)聚合物和混凝劑。
3.1.2 雙介質過濾(lv)器 (DMF)–濾(lv)層優化(hua)
由于中試中觀察到SDI穿透(>5)，基于初級(ji)過(guo)濾(lv)器的(de)最小泥沙帶(dai)出量，二級(ji)過(guo)濾(lv)器采用了細砂以增加SDI值的(de)穩定(ding)性(xing)。(SDI的(de)設計目標(biao)為<4)
3.1.3 聚合物帶出試(shi)驗(yan)
人們進行(xing)了聚合物帶出試驗，并發現帶出結果為零。
3.1.4 預處理充分性及污堵性的研究
確定化學藥品及過濾介質的(de)(de)優化配置之后，建立了一(yi)(yi)(yi)套單(dan)(dan)獨的(de)(de)閉合循環的(de)(de)中試系統(tong)，以模擬RO系統(tong)的(de)(de)第3段的(de)(de)最后一(yi)(yi)(yi)支元件。該系統(tong)由單(dan)(dan)支陶(tao)氏 FILMTEC BW30-365FR2抗污(wu)染元件組成，運行回收(shou)率(lv)86%。該系統(tong)運行將近一(yi)(yi)(yi)月(yue)之后證(zheng)(zheng)明沒有任何污(wu)堵(du)。接下來，回收(shou)率(lv)提高(gao)到90%，強制產生了一(yi)(yi)(yi)些(xie)(xie)污(wu)堵(du)。但是，即使這(zhe)樣也(ye)沒有產生嚴重(zhong)的(de)(de)污(wu)堵(du)。因此，證(zheng)(zheng)明預處理(li)是充分的(de)(de)。這(zhe)些(xie)(xie)試驗也(ye)有助于減少現場調試所(suo)需(xu)的(de)(de)時間(jian)。
3.1.5 RO膜(mo)元件的特點及選擇
SUT選擇FILMTEC的(de)BW30-365FR2抗污(wu)(wu)染膜(mo)，既是基于該膜(mo)在凈化生物活性水(shui)方 面的(de)卓越性能得到實(shi)踐(jian)證明，也是基于陶(tao)(tao)氏(shi)可靠的(de)技術服(fu)務和支持。陶(tao)(tao)氏(shi)在Chennai的(de)馬德拉斯化肥廠(chang)的(de)跟蹤記錄使SUT更加放心。在將近10年(nian)中(zhong)，陶(tao)(tao)氏(shi)標準膜(mo)成功地用(yong)于印(yin)度(du)(du)Chennai廠(chang)，以凈化有(you)機(ji)物含(han)量高(gao)的(de)生物活性水(shui)。過去，膜(mo)技術因(yin)其污(wu)(wu)堵速度(du)(du)快而被認(ren)為不適合這種惡劣水(shui)質。
FILMTEC BW30-365FR2是卷式復合膜，具有(you)很(hen)強的抗(kang)污(wu)(wu)染(ran)性(xing)(xing)能。 FILMTEC FR抗(kang) 污(wu)(wu)染(ran)元件(jian)有(you)著諸多性(xing)(xing)能優勢和經(jing)濟優勢：先進(jin)的自動(dong)(dong)卷膜技術使精度達到手工卷制(zhi)望塵莫及的水(shui)(shui)平；增加膜片(pian)數(shu)縮短膜片(pian)長顯(xian)著減小了(le)(le)產水(shui)(shui)側(ce)的壓力損失，這(zhe)樣效率更(geng)(geng)(geng)高，驅動(dong)(dong)壓更(geng)(geng)(geng)均勻，產水(shui)(shui)通(tong)量分布也更(geng)(geng)(geng)均勻。元件(jian)的給水(shui)(shui)通(tong)道寬(kuan)34mil，比其(qi)他品(pin)牌產品(pin)寬(kuan)10-20%，這(zhe)使得清洗更(geng)(geng)(geng)容(rong)易。FILMTEC FR抗(kang)污(wu)(wu)染(ran)膜證明抗(kang)細菌吸附 ，因而可大大延長清洗周期。FILMTEC FR元件(jian)的生物累積(ji)和生物污(wu)(wu)堵的速率很(hen)低 ，這(zhe)樣平均給水(shui)(shui)壓力很(hen)低，從而顯(xian)著降了(le)(le)低能耗。
3.2 AIC提(ti)供的(de)獨特(te)(te)的(de)系統(tong)設計特(te)(te)點
3.2.1 高效的過濾器設計，以(yi)使SDI值(zhi)始終保(bao)持低(di)水(shui)平
為維持SDI值，過濾器(qi)設計具有如下特(te)點:
a) 雙室(shi)過濾器設計。通過將濾層(ceng)分成兩室(shi)可提(ti)高(gao)空(kong)氣擦洗及反(fan)洗的效果。
這(zhe)種設(she)計(ji)使我(wo)們可更好地控(kong)制整(zheng)個(ge)過(guo)濾(lv)流通面(mian)上的通量。并增加過(guo)濾(lv)器(qi)的高度，以進(jin)一步增強流量分配的均勻性。初(chu)級(ji)過(guo)濾(lv)器(qi)主要為顆(ke)粒和污泥堆(dui)積提供空間，次(ci)級(ji)過(guo)濾(lv)器(qi)則作為精濾(lv)器(qi)。初(chu)級(ji)和次(ci)級(ji)過(guo)濾(lv)器(qi)始終(zhong)有一個(ge)以上保持在線運行。這(zhe)樣(yang)SDI值的穩(wen)定(ding)性更好，因為任何時候過(guo)濾(lv)系統都(dou)沒(mei)有運行在新反洗(xi)的狀態。
b) 初級過(guo)濾(lv)和(he)次級過(guo)濾(lv)交錯(cuo)反洗(xi)
設計上，初級(ji)和次級(ji)過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)器(qi)交(jiao)錯(cuo)反洗，避(bi)免同步。由(you)于初級(ji)過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)器(qi)的壓差超(chao)標(biao)比次級(ji)過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)器(qi)更為(wei)頻(pin)繁，故(gu)而其反洗頻(pin)率也更高。交(jiao)錯(cuo)的概(gai)念有(you)助于確(que)保過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)過(guo)(guo)程一(yi)直在壓實的濾(lv)(lv)(lv)床上進(jin)行。這一(yi)點有(you)助于穩定SDI值。
3.2.2 通過級間升(sheng)壓(ya)泵節能(neng)
為達到86%的(de)系統回收率，RO的(de)第一、二(er)段(duan)(duan)設(she)(she)一臺高壓泵(beng)，第三(san)段(duan)(duan)設(she)(she)一臺段(duan)(duan)間升壓泵(beng)，并(bing)在第一段(duan)(duan)的(de)產品(pin)水管上設(she)(she)節流孔板以控(kong)制第二(er)段(duan)(duan)的(de)給(gei)水流量。這種(zhong)設(she)(she)計(ji)允許第一、二(er)段(duan)(duan)運行的(de)同時，沖洗第三(san)段(duan)(duan)。
3.2.3 第三段沖洗(xi)的特點
由于(yu)待處理水的本性(xing)及系(xi)統(tong)回收率高(gao)的特點(dian)，第(di)三(san)(san)段RO濃(nong)水達到的飽(bao)和(he)水平極(ji)高(gao)，極(ji)易(yi)導致(zhi)污堵(du)和(he)結垢。由于(yu)產(chan)品水具(ju)有溶解性(xing)能(neng)，第(di)三(san)(san)段用產(chan)品水定(ding)期進行(xing)(xing)污染(ran)物(wu)和(he)沉(chen)淀物(wu)的沖(chong)洗(xi)，防止板結。每一運行(xing)(xing)班(ban)都要對第(di)三(san)(san)段進行(xing)(xing)隔離，用產(chan)品水沖(chong)洗(xi)，同(tong)時前兩(liang)段保(bao)持75%的回收率繼續制水。每次啟停(ting)系(xi)統(tong)都遵循(xun)上(shang)述沖(chong)洗(xi)規程。
3.2.4 變(bian)頻驅動裝置(VFD)和節能
AIC公司在(zai)該系統中采用變頻驅(qu)動裝置(VFD)作為節能設(she)施。高(gao)壓泵設(she)計(ji)的揚程很高(gao)，足以(yi)滿足膜污堵(du)所需的高(gao)壓力，使膜元件充分(fen)達到其(qi)使用壽命。
通(tong)過(guo)采用變頻驅動，高壓泵正好運行在(zai)使膜不(bu)產生污堵(du)所需的壓頭下(xia)。因此，不(bu)必在(zai)泵的出(chu)口設置節流閥(fa)以(yi)控(kong)制多余的壓頭。這樣在(zai)最初幾(ji)年就(jiu)能(neng)節省大(da)量(liang)能(neng)源。
VFD使軟啟(qi)停成為可能。這樣(yang)，馬達(da)可以(yi)在較(jiao)長的(de)時間內逐漸加速(su)(su)或(huo)減速(su)(su)到期(qi)望(wang)值。這可防止水錘(chui)作(zuo)用對膜(mo)的(de)破壞，而水錘(chui)會(hui)使膜(mo)孔壓實，進而導(dao)致通(tong)量損(sun)失。同時，因(yin)元件在壓力容器內的(de)移動導(dao)致的(de)望(wang)遠鏡(jing)現象也可避免(mian)。
3.2.5 實現高(gao)回收率的方法
AIC公司(si)采用了下(xia)述(shu)方法減少水的損失，提(ti)高回收(shou)率:
a) 回收排污水
過濾器(qi)反(fan)洗(xi)之(zhi)前(qian)的排污(wu)水(shui)通過再循環(huan)管線送回入口回用。這(zhe)個設計節約(yue)了相(xiang)當(dang)可觀(guan)的水(shui)，否則(ze)這(zhe)部分(fen)水(shui)將被浪(lang)費。
b) 用氯化消毒的RO濃水反洗雙介質過濾器(qi)
將RO濃(nong)水(shui)(shui)用于(yu)反(fan)洗過(guo)濾器(qi)(qi)也(ye)取得了顯著的(de)(de)節(jie)水(shui)(shui)效(xiao)果。反(fan)洗水(shui)(shui)箱由于(yu)濃(nong)水(shui)(shui)的(de)(de)不(bu)斷流過(guo)而始(shi)終處于(yu)攪拌狀(zhuang)態(tai)，這樣水(shui)(shui)箱就能夠(gou)保持滿水(shui)(shui)位，而且新鮮的(de)(de)濃(nong)水(shui)(shui)不(bu)斷更換原(yuan)有的(de)(de)濃(nong)水(shui)(shui)。每次反(fan)洗工(gong)藝(yi)開始(shi)之(zhi)前(qian)，對(dui)反(fan)洗用的(de)(de)濃(nong)水(shui)(shui)先進行氯化消(xiao)毒，以(yi)避免過(guo)濾器(qi)(qi)的(de)(de)底部發生任何污(wu)染(ran)。
c) 過濾器正洗(xi)水循環(huan)使用(yong)
正(zheng)洗(xi)(xi)(xi)步驟需消耗(hao)相當(dang)可觀的水量。在正(zheng)洗(xi)(xi)(xi)階段，先將過濾器底部的濃水置(zhi)換排放，而(er)后的所有正(zheng)洗(xi)(xi)(xi)排水全部再循(xun)環，送(song)回入口水箱回用。這樣，可以延長(chang)正(zheng)洗(xi)(xi)(xi)步驟，更好地壓實濾床，從而(er)控制SDI值。
4. 系(xi)統布局及運行性能
4.1. SUT設計的整個(ge)水(shui)處理廠的布局(ju)概況
三級廢水(原工業用水IW)作為給水如圖(tu)1所示通過預處(chu)理工藝(yi)步驟進行深度處(chu)理。
在(zai)(zai)(zai)系統中(zhong)加入NaClO以(yi)盡可能(neng)控制生物(wu)及(ji)藻(zao)類的(de)滋(zi)長處(chu)于低水(shui)(shui)平(ping)。在(zai)(zai)(zai)整個預處(chu)理階(jie)段，游(you)離余(yu)氯和化合氯維持一定的(de)水(shui)(shui)平(ping)。在(zai)(zai)(zai)給(gei)水(shui)(shui)進入RO膜之前，加入亞(ya)硫酸氫(qing)鈉(SBS)，確保沒有游(you)離余(yu)氯接觸膜元件(jian)。為(wei)防(fang)止(zhi)難溶鹽類結垢(gou)，RO的(de)給(gei)水(shui)(shui)往往需要加入阻垢(gou)劑(ji)。對進入RO元件(jian)的(de)經過預處(chu)理的(de)給(gei)水(shui)(shui)，在(zai)(zai)(zai)線(xian)監測其氧(yang)化還原電(dian)位(ORP)。在(zai)(zai)(zai)RO元件(jian)的(de)上游(you)，每周(zhou)一次加入非氧(yang)化性的(de)殺(sha)生劑(ji)，以(yi)防(fang)止(zhi)RO系統滋(zi)長微生物(wu)。給(gei)水(shui)(shui)中(zhong)氯胺的(de)水(shui)(shui)平(ping)為(wei)~0.5mg/l。RO的(de)給(gei)水(shui)(shui)壓力980kPa(9.8 bar，140PSI)。
圖(tu)1中稱作“MEMBRANE 1-6”的RO裝置，共6列，規格一樣。
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4.2. RO系統的(de)布局
每列RO由3段組成，其布(bu)局如圖(tu)2所示。
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4.3. RO運行(xing)的注意事項、清洗及膜分析
RO產品水(shui)水(shui)質(zhi)始終符合高級(ji)工業用水(shui)(HGIW)的技術(shu)規范(fan)。見(jian)下表“工業用水(shui)(IW)和高級(ji)工業用水(shui)(HGIW)的實(shi)際值(zhi)及規范(fan)值(zhi)的比較(jiao)”。
裕廊工(gong)業(ye)用(yong)水(IW)和(he)(he)高級工(gong)業(ye)用(yong)水(HGIW)的實(shi)際值(zhi)(zhi)和(he)(he)設計規范值(zhi)(zhi)的比較
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注： N.D. 意(yi)思是(shi)探測(ce)不到，N.M. 意(yi)思是(shi)未測(ce)，U.O. 意(yi)思是(shi)無嗅味(wei)。
原工業用水(shui)有時SDI值(>6)及TSS(6-6.5ppm)很高(gao)，這偶爾導(dao)致RO給(gei)水(shui)的(de)SDI值超過 4 。
當RO給水的(de)SDI值長期(qi)超(chao)過4時(shi)，要求系統(tong)的(de)回收(shou)(shou)率(lv)(lv)從86%降到75%。而(er)且在2000年元月啟(qi)動及其后的(de)幾個月中，該(gai)系統(tong)的(de)回收(shou)(shou)率(lv)(lv)謹慎地(di)控制在75%，而(er)后在半年期(qi)間緩慢(man)增加到86%。
清(qing)洗(xi)周(zhou)期(qi)預計(ji)，在(zai)(zai)(zai)86%的(de)(de)回收率下，每(mei)月一(yi)次。在(zai)(zai)(zai)4周(zhou)的(de)(de)清(qing)洗(xi)間隔(ge)中，產(chan)品(pin)(pin)水(shui)(shui)流量(liang)(liang)標準化后會(hui)典型地下降15-20%。清(qing)洗(xi)后，標準化的(de)(de)產(chan)水(shui)(shui)量(liang)(liang)能(neng)恢復到(dao)原有(you)水(shui)(shui)平。 FILMTEC膜(mo)允許在(zai)(zai)(zai)很高(gao)的(de)(de)pH值(30°C時(shi)最高(gao)可(ke)到(dao)pH12，35°C時(shi)最高(gao)可(ke)到(dao)pH11.5)下進行清(qing)洗(xi)，而不會(hui)對膜(mo)性能(neng)造成負面影響。這比市場上其(qi)他(ta)品(pin)(pin)牌的(de)(de)膜(mo)都要高(gao)得多。正(zheng)常地，清(qing)洗(xi)就(jiu)使(shi)用常用化學(xue)藥品(pin)(pin) (NaOH, Na-EDTA, HCl)即可(ke)。酸洗(xi)可(ke)用HCl在(zai)(zai)(zai) pH1-2下進行。
運行1年(nian)后，進行了一(yi)次(ci)例行的(de)膜解剖和(he)(he)膜分析，以測試(shi)結垢物和(he)(he)污堵物的(de)成(cheng)分，并檢查標準(zhun)條件下的(de)元件性能(neng)。正如(ru)所(suo)料，存(cun)在(zai)輕微生(sheng)物污堵，并探測到少量Ca、Si、Fe，表明存(cun)在(zai)輕微膠(jiao)體(ti)污堵。系統性能(neng)正如(ru)所(suo)預(yu)料的(de)一(yi)樣(yang)，脫(tuo)鹽(yan)率和(he)(he)流(liu)量均在(zai)技術規范(fan)之內(nei)。沒有(you)任何跡象表明存(cun)在(zai)產品水(shui)惡化、通量損失、需要增(zeng)加給水(shui)壓力等問題。
5 結論及展望 – 保護稀(xi)缺(que)的淡水資源(yuan)
由(you)于SUT，AIC及(ji)DOW的緊密合作，在工(gong)程各階段進行(xing)了大量審查工(gong)作，該項目得以按時(shi)調試，并且(qie)產(chan)品(pin)水(shui)(shui)水(shui)(shui)質超過(guo)設(she)定(ding)的規范值(zhi)。自2000年元月初(chu)次啟動以來，該RO系統運行(xing)良好，設(she)計參數穩定(ding)。
本項目開創的85%高(gao)回(hui)(hui)收率被視為(wei)三級廢(fei)水(shui)回(hui)(hui)用的工業標(biao)準。
SUT和(he)AIC的(de)工程師發(fa)現(xian)FILMTEC的(de)FR膜正如嚴格實施的(de)設計(ji)和(he)運(yun)(yun)行(xing)條件(jian)下的(de)預計(ji)，運(yun)(yun)行(xing)效果良好。并發(fa)現(xian)普通化學(xue)藥品(pin)就足以滿(man)足清洗要求，從而保持較(jiao)低(di)的(de)清洗成本(ben)。與(yu)采用(yong)非抗污染(ran)膜的(de)老系統相比，該系統顯著(zhu)降低(di)了運(yun)(yun)行(xing)成本(ben)。
SUT提供(gong)的(de)高(gao)級工(gong)業(ye)用水(shui)(shui)進一步節省(sheng)了裕廊島(dao)用戶(hu)的(de)除(chu)鹽(yan)費用，因為(wei)膜除(chu)去(qu)了廢水(shui)(shui)中的(de)大(da)多數溶解(jie)鹽(yan)類。結果是雙(shuang)贏局(ju)面，不僅(jin)為(wei)工(gong)業(ye)界找到了廉價的(de)水(shui)(shui)源，而且幫(bang)助新加坡(po)保護了稀缺的(de)淡水(shui)(shui)資源。
RO技(ji)(ji)術及(ji)FILMTEC的(de)(de)FR膜未(wei)來(lai)的(de)(de)潛力及(ji)意義已遠遠超出(chu)其帶給SUT及(ji)其裕(yu)廊島用(yong)戶(hu)的(de)(de)成(cheng)功。RO是一項可行的(de)(de)且(qie)用(yong)戶(hu)用(yong)得起(qi)的(de)(de)技(ji)(ji)術，它不僅(jin)能(neng)從海水(shui)制取(qu)淡水(shui)，而且(qie)能(neng)使(shi)水(shui)回用(yong)，保(bao)(bao)護水(shui)資源。一套費用(yong)經濟的(de)(de)供水(shui)系(xi)統正(zheng)在運行之中，其水(shui)質水(shui)量穩定，將為(wei)新加坡工業節省數百萬美(mei)元，并成(cheng)為(wei)其他(ta)公司在此創(chuang)業的(de)(de)重要因素。同樣地，該(gai)技(ji)(ji)術也(ye)可用(yong)于世界其他(ta)缺(que)水(shui)地區循環回用(yong)廢(fei)水(shui)，從而保(bao)(bao)護重要的(de)(de)自然資源。
致(zhi)(zhi)謝：作(zuo)者希望對SUT公司的(de)Seetharaman 先生(sheng)和Eugene Yan 博(bo)士(shi)、AIC公司的(de) M. N. Rao先生(sheng)、陶(tao)氏(德國(guo))公司的(de)Jorge A. Redondo先生(sheng)致(zhi)(zhi)以誠(cheng)摯謝意，感謝他們在本(ben)文(wen)準(zhun)備(bei)過程中的(de)大力支持(chi)和見解深刻的(de)討論。
陶氏化學（中國）投資有限公(gong)司發布本范例(li)
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