陶氏抗污染反渗透膜回收废水裕廊岛经验

  
关键字：反渗透膜 回收废水 裕廊岛经验

    摘要

    新加坡作为岛国自然资源匮乏，水成为它的一项战略资源。目前新加坡的饮用水有一半来自邻国马来西亚，但是它与马来西亚仅有的两个供水协议将分别于2011年和2061年失效。随着工业的繁荣，该国对水的需求也不断增长。这种情况促使新加坡政府及其工业界不断寻求创造性的供水办法，使该国的水资源更多地自给自足。

    新加坡目前已建立起一个大型的反渗透工厂处理三级生化废水，并将其转化成适于蓬勃发展的石化工业使用的高级工业给水(HGIW)。该反渗透系统由美国Aquatech国际公司(AIC)供货，并装备了2184支陶氏化学公司的抗污染膜元件FILMTECâBW30-365FR2。该系统由SUT Seraya (SUT)公司---SembCorp公用事业公司的子公司---负责运营管理。整个系统为单级RO，共6列，单列产水量5000m3/d，总产水量30,000m3/d。每列分3段，按28:16:8排列，使用52个压力容器(7元件的容器)，配置BW30-365FR2元件364支。系统平均设计通量10GFD(17l/m2.h)，设计给水TDS为~1300 mg/l。

    利用RO技术及30,000m3/d的容量带来的规模经济效应，SUT通过新加坡公用事业署不仅能将回收水出售给裕廊岛用户，而且其价格比目前的饮用水更便宜。SUT生产的高级工业给水，可进一步节省除盐费用，因为其中的绝大多数溶解固体已通过反渗透膜除掉。

    为了使该工程经济上更加合算，这要求系统回收率设计突破常规。所以，SUT对三级废水以高达85%(常规为75%)的设计回收率，将其转化成可回用的高级工业用水。其中，Aquatech独特的常规预处理工艺可以将生物活性废水的SDI值降到正常值4以下。并且，SUT和Aquatech的工程师还发现：FILMTEC的抗污染膜非常容易清洗，常规化学药品就足以满足清洗的要求，这样能够保持清洗成本低廉。

    目 录：

    1. 工程概况

    2. 项目规划及发展历程

    3. 中型试验及系统设计

    4. 系统布局及运行性能

    5. 结论及展望 – 保护稀缺的水资源

    1.   工程概况：

    1.1  裕廊岛的形成

    1994年，当新加坡开始实施其雄心勃勃的计划，准备在亚太地区建立世界级的化工中心时，它将其南部的7个小岛通过填筑水域的办法合并形成一个面积2650公顷的大岛。这就是裕廊岛(JI)。

    在裕廊岛规划和发展的同时，SembCorp公用事业公司---通过它的子公司SUT Sakra 公司和 SUT Seraya公司---实施了一项“公用事业设施集中化”的概念方案。该方 案可向预定建于裕廊岛的众多石化公司、化学公司及精炼公司提供一系列的公用设施，诸如蒸汽供应、废水处理、除盐水供应、冷却水供应、产品贮存设施及终端设施，等等。

    1.2  水-战略资源

    新加坡地域狭小，只有660平方公里，相对而言，人口则高达400万，仅仅靠新加坡岛的集水量远不能满足对水的全部需求。所以，新加坡有一半的给水需通过两个供水协议(分别于2011年和2061年失效)从邻国马来西亚购买。

    基于战略重要性，早在20世纪70年代，新加坡已经向裕廊岛工业区提供工业用水(IW)作为替代性的工业水源。这种工业用水主要是从 Ulu Pandan 废水回收厂排放的 的经过三级处理的废水(新加坡的污水需处理到符合标准20ppm BOD, 30ppm SS)。 工业用水(IW)的典型水质为 BOD <3 ppm, SS <5 ppm and TDS <1300ppm，为了鼓 励回用它，其出售价格比饮用水便宜很多，因此，无论对直接的工业回用还是进一步深度处理均有很大的吸引力。

    由于化学和石化部门的用水主要是非饮用目的(占新加坡整个饮用水量的5％)，所以这促使SUT和政府开发创造性的水源以替代现有的饮用水源。

2. 项目规划及发展历程

    2.1 为裕廊岛规划替代水源

    早在裕廊岛规划阶段，人们就已经设想将位于裕廊工业区的工业水网加以延伸，以满足整个裕廊岛的工业需要。利用供给裕廊岛的工业用水，采用RO/EDR技术或相关技术进一步可将工业用水处理成高级工业用水(HGIW)，这被认为在经济上是可行的。

    2.1.1 高级工业用水(HGIW) 规范

    为了使废水的回用对工业界更具吸引力，人们认为高级工业用水(HGIW)应该比公共事业署(PUB)提供的饮用水水质稍好一点。其目标电导率将控制小于250μS/cm，相比而言，PUB提供给裕廊地区的饮用水水质电导率为350-650μS/cm 。

    1996年和1997年，通过对拟投资于新加坡裕廊岛的石化公司、化学工司及精炼公司展开调查，预计饮用水级的工业用水消耗量将达到50,000m3/d。因此，我们规划了一个日产30,000m3高级工业用水的工厂。在投产后，如果产品水以稍低一些的价格出售，那么将很容易取代PUB的饮用水。

    接下来，在1997年和1998年，SUT开始着手发展用工业用水(IW)作原料的替代水源。人们预计工业用水(IW)能够进一步处理并制得可与饮用水相比的产品水，但只用于工业目的。这种水即被命名为高级工业用水(HGIW)，以与工业用水(IW)相区别，并通过单独的给水系统卖给裕廊岛的工业用户。

    2.2 工业用水(IW)规范

    设计HGIW水厂的起点是工业用水水质。到目前为止，新加坡公用事业署(PUB)经营裕廊工业水网(JIWW-处理来自Ula Pandan 废水回收厂排放的三级废水处理厂)已 长达20年，并积累了丰富的工业用水(IW)水质数据。

    然而，就象其他许多下水道陈旧、地下水位高的海岸城市一样，海水倒灌现象导致工业用水组分随着潮位而急剧变化。氯化物水平从100mg/l可变化到500mg/l，但正常的范围为250+100ppm。

    在相当长的时期内，我们观察到工业用水(IW)的电导率从低达800mS/cm可波动到高达1800mS/cm，有时甚至高达2000mS/cm。因此，为谨慎起见，应该提供安全设计裕度。在设计RO时，原水规范采用相当于TDS1300mg/l的最大电导率。另外，考虑到RO膜的逐渐污堵和盐通量随时间的增加，我们也提供了很高的安全设计裕度。

    2.3  技术招标及评估

    建设30,000m3/d的工业用水深度处理厂的项目在1997年初举行招标，有10多家国际著名的水公司参与组织的投标。评标则基于每份标书的实际净值进行(结合资金和长期运行成本的影响)，同时考虑采用当时最可靠的先进技术。

    提交的各种标书大概可以归类成三种基本不同的工艺：

    a) EDR 技术

    b) 用微滤(MF)作预处理的反渗透(RO)技术

    c) 用传统双介质过滤(DMF)作预处理的反渗透(RO)技术

    EDR技术和RO相比由于其达不到高脱盐率而未被采纳。

    MF膜作预处理工艺与传统介质过滤相比经济性上有两个不足。其一，每隔5年MF组件必须更换；其二，MF膜只能提供90-95％的系统回收率。相比而言，传统双介 质过滤(DMF)不需要昂贵的介质更换费用(砂子和无烟煤相对便宜)，更重要的是，DMF由于使用RO的浓水作反洗水而可将其回收率提高到99%。

    令SUT感到欣慰的是，位于印度Chennai的马德拉斯肥料有限公司(MFL)，成功地将传统双介质过滤和标准陶氏RO膜结合使用多年，日产12,250m3产品水。

    因此，用传统双介质过滤(DMF)作预处理的反渗透(RO)方案被确定下来。

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