新加坡在污水再生利用方面的经验

Wong Nungsi
新加坡公用事业委员会水回用部 副主任

　　摘要: 自二十世纪七十年代起，新加坡就进行了利用污水处理厂二级处理出水生产饮用水的技术研究。与此同时，随着膜技术的发展、对膜技术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处理后出水生产饮用水标准的水（在新加坡称为NEWater），而且价格也比较合理。

　　NEWater 主要用于非饮用水方面。最主要的用途是电路板加工厂电路板加工过程中所需超纯水的生产。这在世界上还是第一次。同时NEWater也直接供应到工业和商业建筑，作为工艺用水和空调冷却水。2003年2月以后，新加坡使用少量NEWater对当地的原水资源的进行了补充。这并非一件新鲜事，美国在这方面已经有20多年的经验。

1 引言

　　(1) 城镇和城市人口增长的同时也增加了建成区的需水量，从而打破了水的自然供需平衡。随着工业化和现代化的发展，优质水的日益紧缺为世界所关注。作为一个只有680平方公里陆域面积、人口450万的岛国，为了满足日益增长的清洁水需求，新加坡不得不寻求新的水资源。
　　(2) 公用事业委员会（PUB）是新加坡的国家水机构，从宏观上管理国家的水资源，其中包括原水的收集和管理、水的生产和供应以及污水的收集、处理和再利用。PUB的主要任务是为新加坡提供经济可行的充足供水。
　　(3) PUB对使用新技术和革新方法，对二级处理后出水进行再生处理，生产高质量水，即NEWater，以缓解水资源紧张的问题进行了分析。NEWater已经成为通过新技术生产可靠、经济的水资源的范例。

2 新加坡污水再生利用的历史

　　(4) 所有污水经整个污水管网系统收集，并在集中的再生水厂进行处理，达到国际标准后排海。如果经深度处理，这些二级处理出水可以作为一种潜在的水资源。
　　(5) 处理后污水的再利用并非一个新鲜事。自1966年，Jurong工业水厂就通过化学絮凝、砂滤、曝气和氯气消毒等传统处理方法对二级处理出水进行再生，用于工业冷却和清洗。某些企业可能会进一步处理，以生产非饮用型高纯水。
　　(6) 目前，工业水的日需求量为99 000 m³。但是，工业水的水质较差因而限制了其再利用。为增大再生水的需求和使用量，PUB引进了先进的膜技术，对生活污水二级处理出水进行处理，以生产高质量的水，也即NEWater。

3 NEWater的研究

　　(7) 20世纪70年代，对使用膜技术处理二级处理出水，生产饮用水的可行性进行了研究。虽然研究表明生产饮用水技术可行，但由于当时膜技术的成本较高而没有实施。而且当时膜技术的可靠性也差。
　　(8) 20世纪90年代，膜技术的性能和可靠性得到很大的提高。而且更重要的一点是膜技术的成本大大降低。膜技术在水处理和污水再生利用方面的应用前景更加广阔，尤其是在美国。
　　(9) 1998年，新加坡成立了一个水再生利用研究小组，研究使用先进的膜技术对生活污水处理后出水进行再生，并将其用于补充新加坡供水资源的可行性。2000年，一座日处理量10 000立方米的示范工程－NEWater处理厂建成试车。而后通过NEWater处理厂进一步研究测试再生水质量以及先进的膜处理技术的技术可行性和运行可靠性。
　　(10) 处理工艺中使用了一个多廊道3阶段净化系统，其中包括微滤（MF）、反渗透（RO）和紫外消毒（UV）。双膜MF/RO处理技术的选择依据为严格的水质目标和美国各种类似的污水再生厂的成功经验。NEWater处理厂的处理流程见图1。

图1 NEWater 处理厂的处理流程

　　表1为NEWater处理厂双膜和UV消毒工艺的一些技术细节。
　　(11) 使用SCADA系统对工艺参数和处理厂的运行进行连续监控。处理厂完全自动化运行，只有一个运行管理人员。
　　(12) 实施了综合的取样和分析计划，NEWater的水质标准执行世界卫生组织（WHO）饮用水指南以及美国环保局（USEPA）饮用水标准。指导当地以及国外机构的先进水测试实验室进行了两年多的试验，主要对处理工艺的不同阶段进行了广泛深入的物理、化学和微生物测试。同时也进行了化学参数测试。总体而言，在此期间确定了190项参数和接近25 000个分析数据。
　　(13) 所生产的水被称为 NEWater，其典型 水质见表2。

表1 NEWater处理厂处理工艺的细节 处理工艺 描述 微滤 供应商 澳大利亚的Memcor 类型 CMF – P 孔径 0.2 mm 水的回收率 > 90 % 组数 5 每组的处理能力 115 m³/h 反冲洗间隔 30 分 清洗频率 至少21 天 反渗透 供应商 美国Hydranautics 类型 LFC 1 水的回收率 85 % 组数 2 每组的处理能力 5,000 m³/d 清洗频率 最少1个月 紫外消毒 供应商 Hanovia 类型 中压 单元数 2用1备 最小剂量 80 mJ/cm²

表2. NEWater水质 水质参数 NEWater USEPA / WHO 标准

物理 浊度(NTU) < 5 5 / 5 颜色 (Hazen 单位) < 5 15 / 15 电导率 (μS/cm) < 200 没有具体规定(- / -)

pH 7.0 – 8.5 6.5 – 8.5 / - TDS (mg/L) < 100 500 / 1000 TOC (mg/L) < 0.5 - / - 总碱度 (CaCO₃) (mg/L) < 20 - / - 总硬度 (CaCO₃) (mg/L) < 20 无可用值

化学 (mg/L) 氨氮 (as N) < 0.5 - / 1.5 氯(Cl) < 20 250 / 250 氟化物 (F) < 0.5 4 / 1.5 硝酸盐 (NO₃) < 15 - / - 二氧化硅(SiO₂) < 3 - / - 硫酸盐 (SO₄) < 5 250 / 250 总余氯(Cl) < 2 - / 5 总三氯甲烷 ( mg/L) < 0.08 0.08 / -

金属(mg/L) 铝 < 0.1 0.05 – 0.2 / 0.2 钡 (Ba) < 0.1 2 / 0.7 硼 (B) < 0.5 - / 0.9 钙 (Ca) < 20 - / - 铜 (Cu) < 0.05 1.3 / 2 铁(Fe) < 0.04 0.3 / 0.3 锰(Mn) < 0.05 0.05 / 0.5 钠(Na) < 20 - / 200 锶 (Sr) < 0.1 - / - 锌 (Zn) < 0.1 5 / 3 细菌学 总大肠杆菌(计数单位/100ml) 未测出 未测出 肠道病毒 未测出 未测出

　　(14) 由著名的当地和国外工程专家、生物学家、化学家和水技术人员组成了国际专家组，为水再生利用研究提供相对中立的建议，并对使用NEWater作为饮用水资源的可行性进行了评估。小组定期对测试结果和处理厂的运行进行审查和审议。专家组认为NEWater 始终能保持高质量，很好的满足USEPA和WHO的饮用水标准要求，是一种安全、可靠和经济可行的水资源。专家组还建议向原水库排放NEWater，以补充新加坡的供水资源，从而实现间接的饮用型再利用。间接的饮用型再利用并非一件新鲜事，美国的部分地区已经有20多年的历史，如南加利福尼亚州奥伦奇县水区和北维吉尼亚Upper Occoquan Sewage Authority。

4 NEWater的大规模生产

　　(15) NEWater的研究成果表明用于生产NEWater的多廊道处理工艺能确保高质量出水的可靠性和连续性。因此，PUB制定了大规模生产和工商业非饮用型再利用的计划。建设了两座NEWater处理厂，总规模72 000 m³/d，2002年12月开始投入运行。2004年初准备建设规模22 000 m³/d的第三NEWater处理厂。同时计划在新加坡西部地区和中心商业区建设第四NEWater处理厂，为工业和商业部门服务。

5 NEWater的主要应用领域

　　(16) NEWater主要直接用于非饮用型用水中，这主要是因为其超清洁特征很适合于电路板加工厂、各种工业加工和商业建筑的空气冷凝。目前，多数NEWater用于电路板加工厂。新加坡是世界上第一个使用高质量再生水（NEWater）生产超纯水用于电路板加工厂的国家。通过使用NEWater，电路板加工厂大大节约了超纯水的用量。 同样的，商业联合体报告指出，与使用PUB水相比，冷却塔使用NEWater 后节约了20%以上的用量。这主要是因为高质量NEWater更容易再生。同时考虑较小的维护量和较低的NEWater价格，公司不仅节约了用量，同时也节约了成本。目前的目标是到2011年的非饮用型NEWater供应量达到250,000 m³/d。
　　(17) 2003年2月后，每天向原水水库泵送9 000m³ NEWater，进行间接的饮用型再利用。这个数据低于总耗水量的1%。NEWater在水库中驯化混合后，经供水厂处理作为饮用水供应。这可以确保供水系统有更充足的水量和回复力。到2011年，用于补充水库的NEWater量将逐步增加到总耗水量的2.5%。

6 结论

　　(18) 新加坡已经对使用先进的水处理技术生产达到饮用水质量标准的再生水进行了成功的权衡。将水再生应用于市政领域、将NEWater（高质量再生水）用于电路板加工厂和其他需要高质量水的工业和商业建筑物在目前尚属前沿技术。这在世界上还是第一次。新加坡愿意与大家共享污水再生利用方面的认识和经验及其在水和污水管理系统方面的计划和发展。