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從研發到工程應用：MBR汙水回用技術在新加坡的發展曆程

分類： 公司動態

作者： 亚洲线精品一区二区三区八戒

來源： 水處理

發布時間：2021-08-18 16:38

純化水 

原標題：從研發到工程應用：MBR汙水回用技術在新加坡的發展曆程

新加坡一直致力基於MBR膜生物反應器的再生水係統的研發工作。MBR技術已經展現了顯著的多功能用途，例如用於工業的回用水或者結合了反滲透的飲用水，著名應用案例的莫過NEWater新生水項目。

與傳統活性汙泥法(CASP)相比，MBR是一個三合一的解決方案，在單一反應係統裏結合了生物反應器、二沉池和微濾/超濾。它的優點包括了工藝的耐固性、優質的出水水質，和緊湊的占地麵積。在過去15年左右的時間裏，MBR技術在新加坡一路走來，從中試研究到示範項目的測試，如今已經在新加坡的Jurong和Changi再生水廠實現了全尺寸的工程應用。MBR技術是如何在新加坡取得認同和重視的呢?新加坡公共事業局PUB的再生水處理部Winson Lay等人總結了MBR在新加坡取得成功的經驗，並發表在了IWA期刊《Water Practice & Technology》中。

中試項目

新加坡公用事業局PUB一直致力於新加坡水資源的可持續發展，NEWater新生水就是其標誌性成果。早在2003年，PUB就著手MBR實現水回用的研發，MBR作為三合一的解決方案，與RO反滲透結合，將會打造一個集成化程度更高的水資源可持續再生係統。

▲MBR三合一的工藝示意圖

PUB的MBR研發探索之旅始於2003年，他們選擇了當時仍在運行的Bedok再生水廠，搭建了三個處理規模為300m³/d的MBR係統進行中試試驗，來測試不同類型的膜。同時他們還進行各種數據的采集和分析，包括了總有機碳(TOC)的監測。

中試結果顯示，MBR反應係統的出水水質等同於甚至優於NEWater項目中超濾工序(UF)的出水。在接下來的MBR-RO工藝的中試結果顯示，MBR-RO比CASP-MF-RO在有機物的去除方麵表現更加穩定和優秀，而且MBR-RO工藝中反滲透膜的通量更高。

示範項目

在2006年，PUB決定在Ulu Pandan再生水廠搭建一個23,000m³/d的示範項目。這個示範項目是基於為汙水廠改造的理念設計的：兩個北邊的曝氣池改造成生物反應池的缺氧/好氧區，然後再新增一個MBR池和一個中控室。這個示範項目至今依然保持很高的出水水質。

▲ Ulu Pandan再生水廠的再生水標準

這個示範項目的出水成為了工業回用水，供給化工廠和煉油廠作為冷卻用途。但一般來說，氮濃度在工業回用水中並不是重要指標，MBR中水出水的氮指標在20mg/L左右，但是這個示範項目出水氮濃度在6mg/L左右。

成本向來是水處理基礎項目的重要考慮因素。在過去，Jurong工業再生水廠(JIWW)一直都是基於複雜的物理-化學處理工藝，而且占地麵積巨大。與此相比，在新加坡這個國家寸土寸金的大背景下，使用MBR技術就有了優勢，另外如果汙水廠能實現工業水回用，還可以抵消部分運營成本。

然而，目前的MBR技術的單位能耗依然比較高，這是因為要驅動滲透壓和膜反洗造成的。所以如何降低MBR技術的單位能耗是新加坡MBR研發項目的關鍵目標之一。2003年中試階段，三個中試係統的單位能耗約為1.3 - 1.7 kWh/m³。當時的設計是比較保守的，所以PUB開始了分階段優化工作。第一階段在保持空氣功率不變的情況下提高膜通量，能耗因此降至約1 kWh/m³。第二階段是保證出水水質和膜汙染率不變的情況下降低曝氣能耗;第二階段的中試結束的時候，單位能耗已經降至0.8 kWh/m³。

在示範項目裏，優化過程也是分幾步來實現的：

第一步是改善設計和設備的選擇，在MLSS濃度約為10,000 mg/L的情況下，單位能耗降至0.6 kWh/m³。

第二步則是通過縮短SRT使曝氣池的MLSS減少到6,000 mg/L (這也得益於新加坡常年在30℃左右的溫暖氣候)。MLSS的降低減少了汙泥黏度，並提高了曝氣效率。

第三步是通過回流膜反應器的混合液(2Q)來優化MLSS的內循環。

第四步是優化曝氣工藝(DO設置在1.5mg/L)。

第五步是優化膜的清洗率。

在分步優化的過程中，首先確保優化工作不會以降低水質和整體處理效率為代價。經過團隊的努力，MBR的單位能耗已經從最初的1.3 kWh/m³降至低於0.5 kWh/m³。

▲ MBR技術在中試和示範工程期間的分步工藝優化和成果

在示範項目的運行中，測試團隊印證了MBR技術的許多優點，例如抗衝擊負荷的耐固性、高出水水質、小占地麵積和高自動化運行水平等。在經過中試和示範項目的測試後，PUB決定再進一步，在Jurong和Changi兩個再生水廠進行全尺寸的工程應用。

Jurong再生水廠的工程應用

Jurong再生水廠位於新加坡的西邊，處理工業和市政汙水(混合比約為40%/60%)，處理能力約205,000 m³/d。汙水廠由三部分組成，自2013年起第一段的CASP傳統活性汙泥工藝改造成MBR，目前這部分的處理能力為68,000 m³/d，其出水滿足工業回用水的標準。與Ulu Pandan再生水廠一起，這兩個MBR汙水廠的總占地麵積隻有2050㎡，可為附近企業提供工業回用水服務，這相當於騰出了52,000㎡的土地和節省了大量的化學品和能耗。Jurong再生水廠設計的MBR是一個三段式的強化生物除磷(EBPR)工藝，能夠去除有機物和氮磷。初沉池的出水以7：3的比例進入缺氧區和厭氧區，再流經好氧區和膜過濾池後即可達標出水。

▲ Jurong MBR廠的工藝流程圖

下表顯示，MBR的出水水質完全滿足一般工業用水的標準。值得一提的是，盡管廠區備有供化學除磷的鋁鹽化合物，但目前還無需用到，EBPR的運行很穩定。

Changi再生水廠的工程應用

Changi再生水廠是目前新加坡最大的再生水廠，位於新加坡的東邊。汙水廠的進水主要是生活汙水。該廠采用緊湊設計，並且加蓋運行，由兩條主線組成，每條主線分別由兩條平行的分段進水活性汙泥工藝(step–feed activated sludge process)組成。Changi再生水廠的MBR項目時通過兩階段實現的：

第一階段是下圖5中的3.1和4.1紅色區域，合計處理能力為60,000 m³/d;

第二階段是下圖中的1.1和 2.1紅色區域，處理能力同上。

MBR的成功改建將使該廠的處理能力從原來的800,000 m³/d 提升到920,000 m³/d，從而緩解現有二沉池的壓力和確保新生水NEWater的供應。

▲ Changi再生水廠的MBR改建平麵圖

盡管該廠原來的設計(包括二沉池)就已經相當緊湊，但MBR的反應器還是比原設計的單位處理麵積少25%(見下圖)。

▲ MBR跟Changi原緊湊設計的占地麵積對比

他們對MBR3.1反應器的單位能耗進行了30天的跟蹤測試，時間是2015的4月18日到5月18日，結果顯示日平均單位能耗為0.5kWh/m³。而在驗收階段的最後兩周，通過減少曝氣量，單位能耗更是降低至0.4 kWh/m³以下。該廠至今還在對MBR的能耗作長期跟蹤，目前的膜通量約為25L/㎡/h, SRT為7d，並滿足所有出水標準。

▲ MBR的出水標準

除了上述參數，團隊成員還對其他指標進行密切監測。因為MBR的出水是不含懸浮固體的，所以例如TSS等傳統參數在這裏就沒用了。相反，COD/BOD的去除效率是關注重點。監測數據顯示，MBR在BOD5和COD去除表現上也有優於傳統活性汙泥法。

▲ Changi再生水廠的MBR出水的BOD5和COD表現與傳統處理的對比

而液相色譜的測試也顯示MBR出水的溶解有機碳的濃度是最低的。這些結果都顯示了MBR的處理效果是很理想的。

下一步的研發計劃

PUB將繼續完善MBR技術在新加坡實際工程的應用。目前的研發項目包括：

位於Jurong再生水廠的處理能力為4,550 m³/d的陶瓷MBR示範項目;

位於Ulu Pandan再生水廠的處理能力為1,000 m³/d的IVP整合式驗證廠(Integrated Validation Plant, IVP)。

後者是在基於全球各地的汙水處理工藝和新技術的研究的新探索，IVP廠運用的工藝包括了強化初沉處理和低能耗MBR。目前這個IVP廠能實現脫氮除磷和優質出水，SRT降至5天。進一步的優化工作正在進行中，下一步計劃是一個12500 m³/d的示範汙水廠，施工單位是日本三菱集團，預計在今年完工。

這個創新MBR項目是新加坡充滿雄心壯誌的超級工程DTSS深層隧道排汙係統2期的重要組成分。DTSS深層隧道排汙係統，它也新加坡公用事業局(PUB)近幾年重點打造的項目之一。這條造價34億美元的地下管廊被稱作“汙水高速公路”，預計在2024年完成。屆時，Tuas再生水廠將取代目前的Jurong和Ulu Pandan再生水廠，並且能同時處理生活汙水和工業廢水(比例約為8:2)。Tuas再生水廠的設計理念是基於能耗和占地更加高效的MBR-RO工藝，在處理汙水的同時生產NEWater新生水。

經過十多年的努力，MBR工藝在新加坡得到了長足發展，從2003年中試規模的3,300m³/d到2016年接近22萬m³/d的實際工程應用，而且包括Tuas再生水廠、Changi再生水廠等中試和擴建項目正在進行中，期待書寫新的傳奇。更多工業水廢水處理問題，可以搜索亚洲线精品一区二区三区八戒水處理官網或者關注亚洲线精品一区二区三区八戒水處理微信公眾號，與国产成人久久Av免费高清色欲水處理專家作詳細谘詢，量身定做為你打造最優質的水處理解決方案。

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