陶氏抗污染反滲透膜回收廢水裕廊島經(jīng)驗(yàn)

1、陶氏抗污染反滲透膜回收廢水裕廊島經(jīng)驗(yàn)         06-03-05 15:20:00     作者：Eu Hong Ga    編輯：studa9ngns摘要：新加坡作為島國(guó)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(lái)自鄰國(guó)馬來(lái)西亞，但是它與馬來(lái)西亞僅有的兩個(gè)供水協(xié)議將分別于2011年和2061年失效。隨著工業(yè)的繁榮，該國(guó)對(duì)水的需求也不斷增長(zhǎng)。這種情況促使新加坡政府及其工業(yè)界不斷尋求創(chuàng)造性的供水辦法，使該國(guó)的水資

2、源更多地自給自足。 關(guān)鍵詞：反滲透膜 回收廢水 裕廊島經(jīng)驗(yàn)    摘要    新加坡作為島國(guó)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(lái)自鄰國(guó)馬來(lái)西亞，但是它與馬來(lái)西亞僅有的兩個(gè)供水協(xié)議將分別于2011年和2061年失效。隨著工業(yè)的繁榮，該國(guó)對(duì)水的需求也不斷增長(zhǎng)。這種情況促使新加坡政府及其工業(yè)界不斷尋求創(chuàng)造性的供水辦法，使該國(guó)的水資源更多地自給自足。     新加坡目前已建立起一個(gè)大型的反滲透工廠處理三級(jí)生化廢水，并將其轉(zhuǎn)化成適于蓬勃發(fā)展的石化工業(yè)使用的高級(jí)工業(yè)給水(HGIW)。該反滲透系統(tǒng)由美

3、國(guó)Aquatech國(guó)際公司(AIC)供貨，并裝備了2184支陶氏化學(xué)公司的抗污染膜元件FILMTECâBW30-365FR2。該系統(tǒng)由SUT Seraya (SUT)公司-SembCorp公用事業(yè)公司的子公司-負(fù)責(zé)運(yùn)營(yíng)管理。整個(gè)系統(tǒng)為單級(jí)RO，共6列，單列產(chǎn)水量5000m3/d，總產(chǎn)水量30,000m3/d。每列分3段，按28:16:8排列，使用52個(gè)壓力容器(7元件的容器)，配置BW30-365FR2元件364支。系統(tǒng)平均設(shè)計(jì)通量10GFD(17l/m2.h)，設(shè)計(jì)給水TDS為1300 mg/l。    利用RO技術(shù)及30,000m3/d的容量帶來(lái)的規(guī)

4、模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，SUT通過(guò)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(jià)格比目前的飲用水更便宜。SUT生產(chǎn)的高級(jí)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(guò)反滲透膜除掉。     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(jì)突破常規(guī)。所以，SUT對(duì)三級(jí)廢水以高達(dá)85%(常規(guī)為75%)的設(shè)計(jì)回收率，將其轉(zhuǎn)化成可回用的高級(jí)工業(yè)用水。其中，Aquatech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Aquatech的工程師還發(fā)現(xiàn)：FILMTEC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

5、能夠保持清洗成本低廉。       目 錄：    1. 工程概況    2. 項(xiàng)目規(guī)劃及發(fā)展歷程    3. 中型試驗(yàn)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)    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

6、開始實(shí)施其雄心勃勃的計(jì)劃，準(zhǔn)備在亞太地區(qū)建立世界級(jí)的化工中心時(shí)，它將其南部的7個(gè)小島通過(guò)填筑水域的辦法合并形成一個(gè)面積2650公頃的大島。這就是裕廊島(JI)。    在裕廊島規(guī)劃和發(fā)展的同時(shí)，SembCorp公用事業(yè)公司-通過(guò)它的子公司SUT Sakra 公司和 SUT Seraya公司-實(shí)施了一項(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，諸如蒸汽供應(yīng)、廢水處理、除鹽水供應(yīng)、冷卻水供應(yīng)、產(chǎn)品貯存設(shè)施及終端設(shè)施，等等。     1.2  水-戰(zhàn)略資源&

7、#160;   新加坡地域狹小，只有660平方公里，相對(duì)而言，人口則高達(dá)400萬(wàn)，僅僅靠新加坡島的集水量遠(yuǎn)不能滿足對(duì)水的全部需求。所以，新加坡有一半的給水需通過(guò)兩個(gè)供水協(xié)議(分別于2011年和2061年失效)從鄰國(guó)馬來(lái)西亞購(gòu)買。    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(IW)作為替代性的工業(yè)水源。這種工業(yè)用水主要是從 Ulu Pandan 廢水回收廠排放的 的經(jīng)過(guò)三級(jí)處理的廢水(新加坡的污水需處理到符合標(biāo)準(zhǔn)20ppm BOD, 30ppm SS)。 工業(yè)用水(IW)的典型水質(zhì)為 BOD <3 pp

8、m, SS <5 ppm and TDS <1300ppm，為了鼓 勵(lì)回用它，其出售價(jià)格比飲用水便宜很多，因此，無(wú)論對(duì)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(gè)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. 項(xiàng)目規(guī)劃及發(fā)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(gè)裕廊島的工業(yè)需要。利用供給裕廊島的工業(yè)用水，

9、采用RO/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(jí)工業(yè)用水(HGIW)，這被認(rèn)為在經(jīng)濟(jì)上是可行的。     2.1.1 高級(jí)工業(yè)用水(HGIW) 規(guī)范    為了使廢水的回用對(duì)工業(yè)界更具吸引力，人們認(rèn)為高級(jí)工業(yè)用水(HGIW)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)。其目標(biāo)電導(dǎo)率將控制小于250S/cm，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/cm 。    1996年和1997年，通過(guò)對(duì)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(jì)飲用水級(jí)

10、的工業(yè)用水消耗量將達(dá)到50,000m3/d。因此，我們規(guī)劃了一個(gè)日產(chǎn)30,000m3高級(jí)工業(yè)用水的工廠。在投產(chǎn)后，如果產(chǎn)品水以稍低一些的價(jià)格出售，那么將很容易取代PUB的飲用水。    接下來(lái)，在1997年和1998年，SUT開始著手發(fā)展用工業(yè)用水(IW)作原料的替代水源。人們預(yù)計(jì)工業(yè)用水(IW)能夠進(jìn)一步處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(jí)工業(yè)用水(HGIW)，以與工業(yè)用水(IW)相區(qū)別，并通過(guò)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(IW)規(guī)范  

11、0; 設(shè)計(jì)HGIW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(yíng)裕廊工業(yè)水網(wǎng)(JIWW-處理來(lái)自Ula Pandan 廢水回收廠排放的三級(jí)廢水處理廠)已 長(zhǎng)達(dá)20年，并積累了豐富的工業(yè)用水(IW)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。氯化物水平從100mg/l可變化到500mg/l，但正常的范圍為250+100ppm。    在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，我們觀察到工業(yè)用水(IW)的電導(dǎo)率從低達(dá)800mS/cm可波動(dòng)到高達(dá)1800mS/cm，

12、有時(shí)甚至高達(dá)2000mS/cm。因此，為謹(jǐn)慎起見，應(yīng)該提供安全設(shè)計(jì)裕度。在設(shè)計(jì)RO時(shí)，原水規(guī)范采用相當(dāng)于TDS1300mg/l的最大電導(dǎo)率。另外，考慮到RO膜的逐漸污堵和鹽通量隨時(shí)間的增加，我們也提供了很高的安全設(shè)計(jì)裕度。    2.3  技術(shù)招標(biāo)及評(píng)估     建設(shè)30,000m3/d的工業(yè)用水深度處理廠的項(xiàng)目在1997年初舉行招標(biāo)，有10多家國(guó)際著名的水公司參與組織的投標(biāo)。評(píng)標(biāo)則基于每份標(biāo)書的實(shí)際凈值進(jìn)行(結(jié)合資金和長(zhǎng)期運(yùn)行成本的影響)，同時(shí)考慮采用當(dāng)時(shí)最可靠的先進(jìn)技術(shù)。    提交的各種標(biāo)

13、書大概可以歸類成三種基本不同的工藝：    a) EDR 技術(shù)     b) 用微濾(MF)作預(yù)處理的反滲透(RO)技術(shù)    c) 用傳統(tǒng)雙介質(zhì)過(guò)濾(DMF)作預(yù)處理的反滲透(RO)技術(shù)    EDR技術(shù)和RO相比由于其達(dá)不到高脫鹽率而未被采納。     MF膜作預(yù)處理工藝與傳統(tǒng)介質(zhì)過(guò)濾相比經(jīng)濟(jì)性上有兩個(gè)不足。其一，每隔5年MF組件必須更換；其二，MF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(guò)濾(DMF)不需要昂貴的介質(zhì)更換費(fèi)用

14、(砂子和無(wú)煙煤相對(duì)便宜)，更重要的是，DMF由于使用RO的濃水作反洗水而可將其回收率提高到99%。    令SUT感到欣慰的是，位于印度Chennai的馬德拉斯肥料有限公司(MFL)，成功地將傳統(tǒng)雙介質(zhì)過(guò)濾和標(biāo)準(zhǔn)陶氏RO膜結(jié)合使用多年，日產(chǎn)12,250m3產(chǎn)品水。    因此，用傳統(tǒng)雙介質(zhì)過(guò)濾(DMF)作預(yù)處理的反滲透(RO)方案被確定下來(lái)。     2.4  系統(tǒng)回收率及項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性     由于公用事業(yè)署(PUB)對(duì)新加坡使用的每噸工業(yè)用水征收水費(fèi)0.43新元，所

15、以廢水回收廠只有采用最高的可行的回收率，方能使該項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)上可行。同時(shí)，消費(fèi)者也盼望有一個(gè)具有競(jìng)爭(zhēng)性的水價(jià)。因此，篩選剩下的標(biāo)書必須采用介質(zhì)過(guò)濾作為RO的預(yù)處理，而且RO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(gè)系統(tǒng)的回收率達(dá)到85。3. 中型試驗(yàn)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)     設(shè)計(jì)和建設(shè)污水回用廠的合同最后被美國(guó)Aquatech國(guó)際公司(AIC)中標(biāo)。在設(shè)計(jì)的最初階段，為了使SDI值達(dá)到RO膜要求的目標(biāo)值(<4.0)，工程公司決定采用兩級(jí) 雙介質(zhì)過(guò)濾DMF(初級(jí)：PDMF和次級(jí)：SDMF)作預(yù)處理。這就意味著為裕廊島將來(lái)可能出現(xiàn)的水質(zhì)不穩(wěn)定狀態(tài)提供了裕度

16、。    3.1 中型試驗(yàn)    為模擬兩級(jí)DMF，OEM建立了一套中試裝置，以篩選、優(yōu)化混凝/絮凝工藝，同時(shí)優(yōu)化介質(zhì)層。     3.1.1 混凝和絮凝的優(yōu)化    OEM作了一系列容器試驗(yàn)，測(cè)試了不同濃度的多種聚合物，并通過(guò)沉降性試驗(yàn)、絮體形成試驗(yàn)、濁度測(cè)量等方法確定每種聚合物的最佳效果。從該容器試驗(yàn)中，篩選出兩種聚合物，作為進(jìn)一步中試研究。中試主要測(cè)量不同濃度下的濁度和SDI值?；跍y(cè)試結(jié)果，最后確定采用的聚合物和混凝劑。    3.1.2

17、 雙介質(zhì)過(guò)濾器 (DMF)濾層優(yōu)化    由于中試中觀察到SDI穿透(>5)，基于初級(jí)過(guò)濾器的最小泥沙帶出量，二級(jí)過(guò)濾器采用了細(xì)砂以增加SDI值的穩(wěn)定性。(SDI的設(shè)計(jì)目標(biāo)為<4)    3.1.3 聚合物帶出試驗(yàn)    人們進(jìn)行了聚合物帶出試驗(yàn)，并發(fā)現(xiàn)帶出結(jié)果為零。    3.1.4 預(yù)處理充分性及污堵性的研究     確定化學(xué)藥品及過(guò)濾介質(zhì)的優(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RO系統(tǒng)的第3段的最后一支元件。該

18、系統(tǒng)由單支陶氏 FILMTEC BW30-365FR2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(méi)有任何污堵。接下來(lái)，回收率提高到90，強(qiáng)制產(chǎn)生了一些污堵。但是，即使這樣也沒(méi)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(chǎng)調(diào)試所需的時(shí)間。    3.1.5 RO膜元件的特點(diǎn)及選擇    SUT選擇FILMTEC的BW30-365FR2抗污染膜，既是基于該膜在凈化生物活性水方 面的卓越性能得到實(shí)踐證明，也是基于陶氏可靠的技術(shù)服務(wù)和支持。陶氏在Chennai的馬德拉斯化肥廠的跟蹤記錄使SUT更加放心。在

19、將近10年中，陶氏標(biāo)準(zhǔn)膜成功地用于印度Chennai廠，以凈化有機(jī)物含量高的生物活性水。過(guò)去，膜技術(shù)因其污堵速度快而被認(rèn)為不適合這種惡劣水質(zhì)。    FILMTEC BW30-365FR2是卷式復(fù)合膜，具有很強(qiáng)的抗污染性能。 FILMTEC FR抗 污染元件有著諸多性能優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)：先進(jìn)的自動(dòng)卷膜技術(shù)使精度達(dá)到手工卷制望塵莫及的水平；增加膜片數(shù)縮短膜片長(zhǎng)顯著減小了產(chǎn)水側(cè)的壓力損失，這樣效率更高，驅(qū)動(dòng)壓更均勻，產(chǎn)水通量分布也更均勻。元件的給水通道寬34mil，比其他品牌產(chǎn)品寬10-20，這使得清洗更容易。FILMTEC FR抗污染膜證明抗細(xì)菌吸附 ，因而可大大延長(zhǎng)

20、清洗周期。FILMTEC FR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。     3.2 AIC提供的獨(dú)特的系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)     3.2.1 高效的過(guò)濾器設(shè)計(jì)，以使SDI值始終保持低水平    為維持SDI值，過(guò)濾器設(shè)計(jì)具有如下特點(diǎn):    a) 雙室過(guò)濾器設(shè)計(jì)。通過(guò)將濾層分成兩室可提高空氣擦洗及反洗的效果。     這種設(shè)計(jì)使我們可更好地控制整個(gè)過(guò)濾流通面上的通量。并增加過(guò)濾器的高度，以進(jìn)一步增強(qiáng)流量分配的

21、均勻性。初級(jí)過(guò)濾器主要為顆粒和污泥堆積提供空間，次級(jí)過(guò)濾器則作為精濾器。初級(jí)和次級(jí)過(guò)濾器始終有一個(gè)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(shí)候過(guò)濾系統(tǒng)都沒(méi)有運(yùn)行在新反洗的狀態(tài)。     b) 初級(jí)過(guò)濾和次級(jí)過(guò)濾交錯(cuò)反洗    設(shè)計(jì)上，初級(jí)和次級(jí)過(guò)濾器交錯(cuò)反洗，避免同步。由于初級(jí)過(guò)濾器的壓差超標(biāo)比次級(jí)過(guò)濾器更為頻繁，故而其反洗頻率也更高。交錯(cuò)的概念有助于確保過(guò)濾過(guò)程一直在壓實(shí)的濾床上進(jìn)行。這一點(diǎn)有助于穩(wěn)定SDI值。     3.2.2  通過(guò)級(jí)間升壓泵節(jié)能  

22、60; 為達(dá)到86的系統(tǒng)回收率，RO的第一、二段設(shè)一臺(tái)高壓泵，第三段設(shè)一臺(tái)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(jì)允許第一、二段運(yùn)行的同時(shí)，沖洗第三段。    3.2.3 第三段沖洗的特點(diǎn)    由于待處理水的本性及系統(tǒng)回收率高的特點(diǎn)，第三段RO濃水達(dá)到的飽和水平極高，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)行污染物和沉淀物的沖洗，防止板結(jié)。每一運(yùn)行班都要對(duì)第三段進(jìn)行隔離，用產(chǎn)品水沖洗，同時(shí)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。    3.2.4 變頻驅(qū)動(dòng)裝置(VFD)和節(jié)能     AIC公司在該系統(tǒng)中采用