陶氏抗污染反渗透膜回收废水裕廊岛经验

 2.4  系统回收率及项目经济性

    由于公用事业署(PUB)对新加坡使用的每吨工业用水征收水费0.43新元，所以废水回收厂只有采用最高的可行的回收率，方能使该项目经济上可行。同时，消费者也盼望有一个具有竞争性的水价。因此，筛选剩下的标书必须采用介质过滤作为RO的预处理，而且RO装置的回收率高达86％，结合预处理部分99％的回收率，最后整个系统的回收率达到85％。

3. 中型试验及系统设计

    设计和建设污水回用厂的合同最后被美国Aquatech国际公司(AIC)中标。在设计的最初阶段，为了使SDI值达到RO膜要求的目标值(<4.0)，工程公司决定采用两级 双介质过滤DMF(初级：PDMF和次级：SDMF)作预处理。这就意味着为裕廊岛将来可能出现的水质不稳定状态提供了裕度。

    3.1 中型试验

    为模拟两级DMF，OEM建立了一套中试装置，以筛选、优化混凝/絮凝工艺，同时优化介质层。

    3.1.1 混凝和絮凝的优化

    OEM作了一系列容器试验，测试了不同浓度的多种聚合物，并通过沉降性试验、絮体形成试验、浊度测量等方法确定每种聚合物的最佳效果。从该容器试验中，筛选出两种聚合物，作为进一步中试研究。中试主要测量不同浓度下的浊度和SDI值。基于测试结果，最后确定采用的聚合物和混凝剂。

    3.1.2 双介质过滤器 (DMF)–滤层优化

    由于中试中观察到SDI穿透(>5)，基于初级过滤器的最小泥沙带出量，二级过滤器采用了细砂以增加SDI值的稳定性。(SDI的设计目标为<4)

    3.1.3 聚合物带出试验

    人们进行了聚合物带出试验，并发现带出结果为零。

    3.1.4 预处理充分性及污堵性的研究

    确定化学药品及过滤介质的优化配置之后，建立了一套单独的闭合循环的中试系统，以模拟RO系统的第3段的最后一支元件。该系统由单支陶氏 FILMTEC BW30-365FR2抗污染元件组成，运行回收率86％。该系统运行将近一月之后证明没有任何污堵。接下来，回收率提高到90％，强制产生了一些污堵。但是，即使这样也没有产生严重的污堵。因此，证明预处理是充分的。这些试验也有助于减少现场调试所需的时间。

    3.1.5 RO膜元件的特点及选择

    SUT选择FILMTEC的BW30-365FR2抗污染膜，既是基于该膜在净化生物活性水方 面的卓越性能得到实践证明，也是基于陶氏可靠的技术服务和支持。陶氏在Chennai的马德拉斯化肥厂的跟踪记录使SUT更加放心。在将近10年中，陶氏标准膜成功地用于印度Chennai厂，以净化有机物含量高的生物活性水。过去，膜技术因其污堵速度快而被认为不适合这种恶劣水质。

    FILMTEC BW30-365FR2是卷式复合膜，具有很强的抗污染性能。 FILMTEC FR抗 污染元件有着诸多性能优势和经济优势：先进的自动卷膜技术使精度达到手工卷制望尘莫及的水平；增加膜片数缩短膜片长显著减小了产水侧的压力损失，这样效率更高，驱动压更均匀，产水通量分布也更均匀。元件的给水通道宽34mil，比其他品牌产品宽10-20％，这使得清洗更容易。FILMTEC FR抗污染膜证明抗细菌吸附 ，因而可大大延长清洗周期。FILMTEC FR元件的生物累积和生物污堵的速率很低 ，这样平均给水压力很低，从而显著降了低能耗。

    3.2 AIC提供的独特的系统设计特点

    3.2.1 高效的过滤器设计，以使SDI值始终保持低水平

    为维持SDI值，过滤器设计具有如下特点:

    a) 双室过滤器设计。通过将滤层分成两室可提高空气擦洗及反洗的效果。

    这种设计使我们可更好地控制整个过滤流通面上的通量。并增加过滤器的高度，以进一步增强流量分配的均匀性。初级过滤器主要为颗粒和污泥堆积提供空间，次级过滤器则作为精滤器。初级和次级过滤器始终有一个以上保持在线运行。这样SDI值的稳定性更好，因为任何时候过滤系统都没有运行在新反洗的状态。

    b) 初级过滤和次级过滤交错反洗

    设计上，初级和次级过滤器交错反洗，避免同步。由于初级过滤器的压差超标比次级过滤器更为频繁，故而其反洗频率也更高。交错的概念有助于确保过滤过程一直在压实的滤床上进行。这一点有助于稳定SDI值。

    3.2.2  通过级间升压泵节能

    为达到86％的系统回收率，RO的第一、二段设一台高压泵，第三段设一台段间升压泵，并在第一段的产品水管上设节流孔板以控制第二段的给水流量。这种设计允许第一、二段运行的同时，冲洗第三段。

    3.2.3 第三段冲洗的特点

    由于待处理水的本性及系统回收率高的特点，第三段RO浓水达到的饱和水平极高，极易导致污堵和结垢。由于产品水具有溶解性能，第三段用产品水定期进行污染物和沉淀物的冲洗，防止板结。每一运行班都要对第三段进行隔离，用产品水冲洗，同时前两段保持75％的回收率继续制水。每次启停系统都遵循上述冲洗规程。

    3.2.4 变频驱动装置(VFD)和节能

    AIC公司在该系统中采用变频驱动装置(VFD)作为节能设施。高压泵设计的扬程很高，足以满足膜污堵所需的高压力，使膜元件充分达到其使用寿命。

    通过采用变频驱动，高压泵正好运行在使膜不产生污堵所需的压头下。因此，不必在泵的出口设置节流阀以控制多余的压头。这样在最初几年就能节省大量能源。

    VFD使软启停成为可能。这样，马达可以在较长的时间内逐渐加速或减速到期望值。这可防止水锤作用对膜的破坏，而水锤会使膜孔压实，进而导致通量损失。同时，因元件在压力容器内的移动导致的望远镜现象也可避免。

    3.2.5 实现高回收率的方法

    AIC公司采用了下述方法减少水的损失，提高回收率:

    a) 回收排污水

    过滤器反洗之前的排污水通过再循环管线送回入口回用。这个设计节约了相当可观的水，否则这部分水将被浪费。

    b) 用氯化消毒的RO浓水反洗双介质过滤器

    将RO浓水用于反洗过滤器也取得了显著的节水效果。反洗水箱由于浓水的不断流过而始终处于搅拌状态，这样水箱就能够保持满水位，而且新鲜的浓水不断更换原有的浓水。每次反洗工艺开始之前，对反洗用的浓水先进行氯化消毒，以避免过滤器的底部发生任何污染。

    c) 过滤器正洗水循环使用

正洗步骤需消耗相当可观的水量。在正洗阶段，先将过滤器底部的浓水置换排放，而后的所有正洗排水全部再循环，送回入口水箱回用。这样，可以延长正洗步骤，更好地压实滤床，从而控制SDI值。

 4. 系统布局及运行性能

    4.1. SUT设计的整个水处理厂的布局概况

    三级废水(原工业用水IW)作为给水如图1所示通过预处理工艺步骤进行深度处理。

    在系统中加入NaClO以尽可能控制生物及藻类的滋长处于低水平。在整个预处理阶段，游离余氯和化合氯维持一定的水平。在给水进入RO膜之前，加入亚硫酸氢钠(SBS)，确保没有游离余氯接触膜元件。为防止难溶盐类结垢，RO的给水往往需要加入阻垢剂。对进入RO元件的经过预处理的给水，在线监测其氧化还原电位(ORP)。在RO元件的上游，每周一次加入非氧化性的杀生剂，以防止RO系统滋长微生物。给水中氯胺的水平为~0.5mg/l。RO的给水压力980kPa(9.8 bar，140PSI)。

图1中称作“MEMBRANE 1-6”的RO装置，共6列，规格一样。

新加坡SUT水处理工厂概图

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