Wong Nungsi
新加坡公用事業(yè)委員會(huì)水回用部 副主任

　　摘要: 自二十世紀(jì)七十年代起，新加坡就進(jìn)行了利用污水處理廠二級(jí)處理出水生產(chǎn)飲用水的技術(shù)研究。與此同時(shí)，隨著膜技術(shù)的發(fā)展、對(duì)膜技術(shù)了解程度的加深以及膜成本的降低，目前很容易使用可靠的處理后出水生產(chǎn)飲用水標(biāo)準(zhǔn)的水（在新加坡稱為NEWater），而且價(jià)格也比較合理。

　　NEWater 主要用于非飲用水方面。最主要的用途是電路板加工廠電路板加工過程中所需超純水的生產(chǎn)。這在世界上還是第一次。同時(shí)NEWater也直接供應(yīng)到工業(yè)和商業(yè)建筑，作為工藝用水和空調(diào)冷卻水。2003年2月以后，新加坡使用少量NEWater對(duì)當(dāng)?shù)氐脑Y源的進(jìn)行了補(bǔ)充。這并非一件新鮮事，美國(guó)在這方面已經(jīng)有20多年的經(jīng)驗(yàn)。

1 引言

　　(1) 城鎮(zhèn)和城市人口增長(zhǎng)的同時(shí)也增加了建成區(qū)的需水量，從而打破了水的自然供需平衡。隨著工業(yè)化和現(xiàn)代化的發(fā)展，優(yōu)質(zhì)水的日益緊缺為世界所關(guān)注。作為一個(gè)只有680平方公里陸域面積、人口450萬的島國(guó)，為了滿足日益增長(zhǎng)的清潔水需求，新加坡不得不尋求新的水資源。
　　(2) 公用事業(yè)委員會(huì)（PUB）是新加坡的國(guó)家水機(jī)構(gòu)，從宏觀上管理國(guó)家的水資源，其中包括原水的收集和管理、水的生產(chǎn)和供應(yīng)以及污水的收集、處理和再利用。PUB的主要任務(wù)是為新加坡提供經(jīng)濟(jì)可行的充足供水。
　　(3) PUB對(duì)使用新技術(shù)和革新方法，對(duì)二級(jí)處理后出水進(jìn)行再生處理，生產(chǎn)高質(zhì)量水，即NEWater，以緩解水資源緊張的問題進(jìn)行了分析。NEWater已經(jīng)成為通過新技術(shù)生產(chǎn)可靠、經(jīng)濟(jì)的水資源的范例。

2 新加坡污水再生利用的歷史

　　(4) 所有污水經(jīng)整個(gè)污水管網(wǎng)系統(tǒng)收集，并在集中的再生水廠進(jìn)行處理，達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)后排海。如果經(jīng)深度處理，這些二級(jí)處理出水可以作為一種潛在的水資源。
　　(5) 處理后污水的再利用并非一個(gè)新鮮事。自1966年，Jurong工業(yè)水廠就通過化學(xué)絮凝、砂濾、曝氣和氯氣消毒等傳統(tǒng)處理方法對(duì)二級(jí)處理出水進(jìn)行再生，用于工業(yè)冷卻和清洗。某些企業(yè)可能會(huì)進(jìn)一步處理，以生產(chǎn)非飲用型高純水。
　　(6) 目前，工業(yè)水的日需求量為99 000 m³。但是，工業(yè)水的水質(zhì)較差因而限制了其再利用。為增大再生水的需求和使用量，PUB引進(jìn)了先進(jìn)的膜技術(shù)，對(duì)生活污水二級(jí)處理出水進(jìn)行處理，以生產(chǎn)高質(zhì)量的水，也即NEWater。

3 NEWater的研究

　　(7) 20世紀(jì)70年代，對(duì)使用膜技術(shù)處理二級(jí)處理出水，生產(chǎn)飲用水的可行性進(jìn)行了研究。雖然研究表明生產(chǎn)飲用水技術(shù)可行，但由于當(dāng)時(shí)膜技術(shù)的成本較高而沒有實(shí)施。而且當(dāng)時(shí)膜技術(shù)的可靠性也差。
　　(8) 20世紀(jì)90年代，膜技術(shù)的性能和可靠性得到很大的提高。而且更重要的一點(diǎn)是膜技術(shù)的成本大大降低。膜技術(shù)在水處理和污水再生利用方面的應(yīng)用前景更加廣闊，尤其是在美國(guó)。
　　(9) 1998年，新加坡成立了一個(gè)水再生利用研究小組，研究使用先進(jìn)的膜技術(shù)對(duì)生活污水處理后出水進(jìn)行再生，并將其用于補(bǔ)充新加坡供水資源的可行性。2000年，一座日處理量10 000立方米的示范工程－NEWater處理廠建成試車。而后通過NEWater處理廠進(jìn)一步研究測(cè)試再生水質(zhì)量以及先進(jìn)的膜處理技術(shù)的技術(shù)可行性和運(yùn)行可靠性。
　　(10) 處理工藝中使用了一個(gè)多廊道3階段凈化系統(tǒng)，其中包括微濾（MF）、反滲透（RO）和紫外消毒（UV）。雙膜MF/RO處理技術(shù)的選擇依據(jù)為嚴(yán)格的水質(zhì)目標(biāo)和美國(guó)各種類似的污水再生廠的成功經(jīng)驗(yàn)。NEWater處理廠的處理流程見圖1。

圖1 NEWater 處理廠的處理流程

　　表1為NEWater處理廠雙膜和UV消毒工藝的一些技術(shù)細(xì)節(jié)。
　　(11) 使用SCADA系統(tǒng)對(duì)工藝參數(shù)和處理廠的運(yùn)行進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控。處理廠完全自動(dòng)化運(yùn)行，只有一個(gè)運(yùn)行管理人員。
　　(12) 實(shí)施了綜合的取樣和分析計(jì)劃，NEWater的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行世界衛(wèi)生組織（WHO）飲用水指南以及美國(guó)環(huán)保局（USEPA）飲用水標(biāo)準(zhǔn)。指導(dǎo)當(dāng)?shù)匾约皣?guó)外機(jī)構(gòu)的先進(jìn)水測(cè)試實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了兩年多的試驗(yàn)，主要對(duì)處理工藝的不同階段進(jìn)行了廣泛深入的物理、化學(xué)和微生物測(cè)試。同時(shí)也進(jìn)行了化學(xué)參數(shù)測(cè)試。總體而言，在此期間確定了190項(xiàng)參數(shù)和接近25 000個(gè)分析數(shù)據(jù)。
　　(13) 所生產(chǎn)的水被稱為 NEWater，其典型 水質(zhì)見表2。

表1 NEWater處理廠處理工藝的細(xì)節(jié) 處理工藝 描述 微濾 供應(yīng)商 澳大利亞的Memcor 類型 CMF – P 孔徑 0.2 mm 水的回收率 > 90 % 組數(shù) 5 每組的處理能力 115 m³/h 反沖洗間隔 30 分 清洗頻率 至少21 天 反滲透 供應(yīng)商 美國(guó)Hydranautics 類型 LFC 1 水的回收率 85 % 組數(shù) 2 每組的處理能力 5,000 m³/d 清洗頻率 最少1個(gè)月 紫外消毒 供應(yīng)商 Hanovia 類型 中壓 單元數(shù) 2用1備 最小劑量 80 mJ/cm²

表2. NEWater水質(zhì) 水質(zhì)參數(shù) NEWater USEPA / WHO 標(biāo)準(zhǔn)

物理 濁度(NTU) < 5 5 / 5 顏色 (Hazen 單位) < 5 15 / 15 電導(dǎo)率 (μS/cm) < 200 沒有具體規(guī)定(- / -)

pH 7.0 – 8.5 6.5 – 8.5 / - TDS (mg/L) < 100 500 / 1000 TOC (mg/L) < 0.5 - / - 總堿度 (CaCO₃) (mg/L) < 20 - / - 總硬度 (CaCO₃) (mg/L) < 20 無可用值

化學(xué) (mg/L) 氨氮 (as N) < 0.5 - / 1.5 氯(Cl) < 20 250 / 250 氟化物 (F) < 0.5 4 / 1.5 硝酸鹽 (NO₃) < 15 - / - 二氧化硅(SiO₂) < 3 - / - 硫酸鹽 (SO₄) < 5 250 / 250 總余氯(Cl) < 2 - / 5 總?cè)燃淄?( mg/L) < 0.08 0.08 / -

金屬(mg/L) 鋁 < 0.1 0.05 – 0.2 / 0.2 鋇 (Ba) < 0.1 2 / 0.7 硼 (B) < 0.5 - / 0.9 鈣 (Ca) < 20 - / - 銅 (Cu) < 0.05 1.3 / 2 鐵(Fe) < 0.04 0.3 / 0.3 錳(Mn) < 0.05 0.05 / 0.5 鈉(Na) < 20 - / 200 鍶 (Sr) < 0.1 - / - 鋅 (Zn) < 0.1 5 / 3 細(xì)菌學(xué) 總大腸桿菌(計(jì)數(shù)單位/100ml) 未測(cè)出 未測(cè)出 腸道病毒 未測(cè)出 未測(cè)出

　　(14) 由著名的當(dāng)?shù)睾蛧?guó)外工程專家、生物學(xué)家、化學(xué)家和水技術(shù)人員組成了國(guó)際專家組，為水再生利用研究提供相對(duì)中立的建議，并對(duì)使用NEWater作為飲用水資源的可行性進(jìn)行了評(píng)估。小組定期對(duì)測(cè)試結(jié)果和處理廠的運(yùn)行進(jìn)行審查和審議。專家組認(rèn)為NEWater 始終能保持高質(zhì)量，很好的滿足USEPA和WHO的飲用水標(biāo)準(zhǔn)要求，是一種安全、可靠和經(jīng)濟(jì)可行的水資源。專家組還建議向原水庫(kù)排放NEWater，以補(bǔ)充新加坡的供水資源，從而實(shí)現(xiàn)間接的飲用型再利用。間接的飲用型再利用并非一件新鮮事，美國(guó)的部分地區(qū)已經(jīng)有20多年的歷史，如南加利福尼亞州奧倫奇縣水區(qū)和北維吉尼亞Upper Occoquan Sewage Authority。

4 NEWater的大規(guī)模生產(chǎn)

　　(15) NEWater的研究成果表明用于生產(chǎn)NEWater的多廊道處理工藝能確保高質(zhì)量出水的可靠性和連續(xù)性。因此，PUB制定了大規(guī)模生產(chǎn)和工商業(yè)非飲用型再利用的計(jì)劃。建設(shè)了兩座NEWater處理廠，總規(guī)模72 000 m³/d，2002年12月開始投入運(yùn)行。2004年初準(zhǔn)備建設(shè)規(guī)模22 000 m³/d的第三NEWater處理廠。同時(shí)計(jì)劃在新加坡西部地區(qū)和中心商業(yè)區(qū)建設(shè)第四NEWater處理廠，為工業(yè)和商業(yè)部門服務(wù)。

5 NEWater的主要應(yīng)用領(lǐng)域

　　(16) NEWater主要直接用于非飲用型用水中，這主要是因?yàn)槠涑鍧嵦卣骱苓m合于電路板加工廠、各種工業(yè)加工和商業(yè)建筑的空氣冷凝。目前，多數(shù)NEWater用于電路板加工廠。新加坡是世界上第一個(gè)使用高質(zhì)量再生水（NEWater）生產(chǎn)超純水用于電路板加工廠的國(guó)家。通過使用NEWater，電路板加工廠大大節(jié)約了超純水的用量。 同樣的，商業(yè)聯(lián)合體報(bào)告指出，與使用PUB水相比，冷卻塔使用NEWater 后節(jié)約了20%以上的用量。這主要是因?yàn)楦哔|(zhì)量NEWater更容易再生。同時(shí)考慮較小的維護(hù)量和較低的NEWater價(jià)格，公司不僅節(jié)約了用量，同時(shí)也節(jié)約了成本。目前的目標(biāo)是到2011年的非飲用型NEWater供應(yīng)量達(dá)到250,000 m³/d。
　　(17) 2003年2月后，每天向原水水庫(kù)泵送9 000m³ NEWater，進(jìn)行間接的飲用型再利用。這個(gè)數(shù)據(jù)低于總耗水量的1%。NEWater在水庫(kù)中馴化混合后，經(jīng)供水廠處理作為飲用水供應(yīng)。這可以確保供水系統(tǒng)有更充足的水量和回復(fù)力。到2011年，用于補(bǔ)充水庫(kù)的NEWater量將逐步增加到總耗水量的2.5%。

6 結(jié)論

　　(18) 新加坡已經(jīng)對(duì)使用先進(jìn)的水處理技術(shù)生產(chǎn)達(dá)到飲用水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的再生水進(jìn)行了成功的權(quán)衡。將水再生應(yīng)用于市政領(lǐng)域、將NEWater（高質(zhì)量再生水）用于電路板加工廠和其他需要高質(zhì)量水的工業(yè)和商業(yè)建筑物在目前尚屬前沿技術(shù)。這在世界上還是第一次。新加坡愿意與大家共享污水再生利用方面的認(rèn)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)及其在水和污水管理系統(tǒng)方面的計(jì)劃和發(fā)展。