陶氏抗污染反渗透膜回收废水裕廊岛经验.docx
- 文档编号:10236068
- 上传时间:2023-02-09
- 格式:DOCX
- 页数:14
- 大小:68.17KB
陶氏抗污染反渗透膜回收废水裕廊岛经验.docx
《陶氏抗污染反渗透膜回收废水裕廊岛经验.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《陶氏抗污染反渗透膜回收废水裕廊岛经验.docx(14页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
陶氏抗污染反渗透膜回收废水裕廊岛经验
陶氏抗污染反渗透膜回收废水裕廊岛经验
EuHongGay,C.Ravi,Kai-UweHoehn
慧聪网 2005年9月5日15时38分 信息来源:
陶氏化学(中国)投资有限公司
简介:
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。
关键字:
反渗透膜,回收废水,裕廊岛经验
概述
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SUTSeraya(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~1300mg/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SUTSakra公司和SUTSeraya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UluPandan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20ppmBOD,30ppmSS)。
工业用水(IW)的典型水质为BOD<3ppm,SS<5ppmandTDS<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UlaPandan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。
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FILMTECBW30-365FR2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。
3.1.5RO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。
FILMTECBW30-365FR2是卷式复合膜,具有很强的抗污染性能。
FILMTECFR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。
FILMTECFR抗污染膜证明抗细菌吸附,因而可大大延长清洗周期。
FILMTECFR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。
3.2AIC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(9.8bar,140PSI)。
图1中称作“MEMBRANE1-6”的RO装置,共6列,规格一样。
新加坡SUT水处理工厂概图
4.2. RO系统的布局
每列RO由3段组成,其布局如图2所示。
新加坡SUT水处理工厂单列RO的配置概图
4.3. RO运行的注意事项、清洗及膜分析
RO产品水水质始终符合高级工业用水(HGIW)的技术规范。
见下表“工业用水(IW)和高级工业用水(HGIW)的实际值及规范值的比较”。
裕廊工业用水(IW)和高级工业用水(HGIW)的实际值和设计规范值的比较
参数
如无特别说明
单位为mg/l
IW
规范
IW实际值
(min.-max.)
运行范围
HGIW
规范
HGIW实际值
(min.-max.)
运行范围
pH
6.5–7.0
6.6–7.4
6.5–7.5
6.8–7.2
电导率(mS/cm)
700–2200
700–2200
<250
66–133
总溶解固体(TDS)
350–1,300
500–1300
<150
33–70
浊度(NTU)
0.5–2.0
0.4–1.7
<0.5
0.1–0.4
TSS-总悬浮固体
3.0–6.5
38354
<0.5
0.07–0.13
色度(HazenUnit)
5–15
13
<5
<5
总硬度(asCaCO3)
100–250
100–160
<60
1–3
总碱度(asCaCO3)
30–80
40–80
<45
16–22
钠
65–300
150–200
<50
10–12
氯
100–500
150–500
<55
6–21
硫酸根(asSO4)
80–145
120–160
<30
<7
二氧化硅(asSiO2)
1-10
6–10
<2.0
0.1–0.4
氨-N(asN)
3–18
5–15
<3
0.1–1.0
磷酸盐(asP)
1-4
2–4
<0.5
0.04–0.10
嗅味
U.O.
U.O.
U.O.
U.O.
BOD5
<5
<5
<3
<1
COD
30–60
20–30
<10
2–4
细菌CFU/100ml
<0
<1000
<1000
<1
氟
0.2-1.0
0.2-0.7
<0.1
<0.02
锶
N.M
0.2–1
N.M.
N.M.
钡
N.M
0.01–0.1
N.M.
N.M.
铝
0.09
0.03
<1.0
<0.1
铁
0.09
0.02–0.09
<0.04
0.02–0.04
锰
0.06
<0.05
<0.05
<0.05
铜
0.02
<0.05
<0.02
<0.05
锌
0.06
<0.05
<0.05
<0.02
As,Cd,Cr,Pb,Hg,Se
<0.02
50ppbmax.each
N.D.
<0.0001
氰化物&H2S
<0.02
N.D.
N.D.
CN-<0.01
新加坡SUT水处理工厂SDI值
注:
N.D.意思是探测不到,N.M.意思是未测,U.O.意思是无嗅味。
原工业用水有时SDI值(>6)及TSS(6-6.5ppm)很高,这偶尔导致RO给水的SDI值超过4。
当RO给水的SDI值长期超过4时,要求系统的回收率从86%降到75%。
而且在2000年元月启动及其后的几个月中,该系统的回收率谨慎地控制在75%,而后在半年期间缓慢增加到86%。
清洗周期预计,在86%的回收率下,每月一次。
在4周的清洗间隔中,产品水流量标准化后会典型地下降15-20%。
清洗后,标准化的产水量能恢复到原有水平。
FILMTEC膜允许在很高的pH值(30°C时最高可到pH12,35°C时最高可到pH11.5)下进行清洗,而不会对膜性能造成负面影响。
这比市场上其他品牌的膜都要高得多。
正常地,清洗就使用常用化学药品(NaOH,Na-EDTA,HCl)即可。
酸洗可用HCl在pH1-2下进行。
运行1年后,进行了一次例行的膜解剖和膜分析,以测试结垢物和污堵物的成分,并检查标准条件下的元件性能。
正如所料,存在轻微生物污堵,并探测到少量Ca、Si、Fe,表明存在轻微胶体污堵。
系统性能正如所预料的一样,脱盐率和流量均在技术规范之内。
没有任何迹象表明存在产品水恶化、通量损失、需要增加给水压力等问题。
5 结论及展望–保护稀缺的淡水资源
由于SUT,AIC及DOW的紧密合作,在工程各阶段进行了大量审查工作,该项目得以按时调试,并且产品水水质超过设定的规范值。
自2000年元月初次启动以来,该RO系统运行良好,设计参数稳定。
本项目开创的85%高回收率被视为三级废水回用的工业标准。
SUT和AIC的工程师发现FILMTEC的FR膜正如严格实施的设计和运行条件下的预计,运行效果良好。
并发现普通化学药品就足以满足清洗要求,从而保持较低的清洗成本。
与采用非抗污染膜的老系统相比,该系统显著降低了运行成本。
SUT提供的高级工业用水进一步节省了裕廊岛用户的除盐费用,因为膜除去了废水中的大多数溶解盐类。
结果是双赢局面,不仅为工业界找到了廉价的水源,而且帮助新加坡保护了稀缺的淡水资源。
RO技术及FILMTEC的FR膜未来的潜力及意义已远远超出其带给SUT及其裕廊岛用户的成功。
RO是一项可行的且用户用得起的技术,它不仅能从海水制取淡水,而且能使水回用,保护水资源。
一套费用经济的供水系统正在运行之中,其水质水量稳定,将为新加坡工业节省数百万美元,并成为其他公司在此创业的重要因素。
同样地,该技术也可用于世界其他缺水地区循环回用废水,从而保护重要的自然资源。
致谢:
作者希望对SUT公司的Seetharaman先生和EugeneYan博士、AIC公司的M.N.Rao先生、陶氏(德国)公司的JorgeA.Redondo先生致以诚挚谢意,感谢他们在本文准备过程中的大力支持和见解深刻的讨论。
陶氏化学(中国)投资有限公司发布本范例
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 陶氏抗 污染 反渗透 回收 废水 裕廊岛 经验
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)