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【中國環保在線 應用方案】2018年11月16日，清華大學-北控水務集團環境產業聯合研究院主辦新生水及水資源利用研討會。200余位國內外政府領導、行業專家、水務企業、投資機構及媒體等齊聚一堂，一同圍繞新生水及水資源利用問題進行深入探討。
水，是生命之源。新加坡的淡水資源十分貧乏，其人均水資源占有量居世界倒數第二位，居民的日常生活和生產用水主要靠存儲雨水及從鄰國馬來西亞進口。從國家戰略安全考慮，為避免供水危機，新加坡政府堅持開源與節流并舉的方針，提出開發四大“國家水喉”計劃，即雨水收集、淡水進口、海水淡化和污水再利用，其中的污水再利用項目就是“新生水(NEWater)”項目。
北控水務樟宜Ⅱ新生水項目是新加坡大的新生水廠，新生水產量占新加坡新生水總產量的30%以上，是新加坡由國外公司主導的PPP項目，獲得了國內外媒體、官員及同行的贊許。對于樟宜Ⅱ新生水項目，以前只是“隔空遠眺”，知其“厲害”，而不知其之所以“厲害”，現通過對樟宜Ⅱ新生水項目的設計與運行分析來揭開其神秘面紗。
項目背景
1、新生水和海水淡化已然成為新加坡重要水源
新加坡，別稱為獅城，是東南亞 的一個島國，北隔柔佛海峽與馬來西亞為鄰，南隔新加坡海峽與印度尼西亞相望。面積721平方公里，人口561萬。年氣溫在 23~34℃，年均降雨量在2400毫米左右。新加坡是繼紐約、倫敦、香港之后的第四大金融中心，被譽為“亞洲四小龍 ”之一。
新加坡國內水資源總量6億m3，人均水資源只有211m3，居世界倒數第二，是范圍內水資源為匱乏的國家，長期以來不得不依靠進口水資源來解決問題，新加坡政府認識到，淡水對于新加坡人來說，就像人體血管里的血液一樣重要，一旦被斷，等于國家安全就受到了威脅。所以水的問題在新加坡已經上升到戰略的高度，政府對此高度重視。
目前新加坡的用水需求約為每天4.3億加侖(193萬m3/d)，其中居民生活用水占比45%，工業等其他用水占比55%。人均綜合用水量350L/人·d，人均居民生活用水量143L/人·d。根據新加坡相關規劃，到2060年，新加坡的總需水量將增加一倍，其中居民生活用水占比30%，工業等其他用水占比70%，人均居民生活用水量進一步降低至130L/人·d。
面對水資源嚴重匱乏和日益增長的用水需求問題，新加坡政府提出開發四大“國家水喉”計劃，即雨水收集(存水)、進口水、新生水和淡化海水。目前新生水和淡化水處理規模已達到130萬m3/d。未來計劃到2060年(與馬拉西亞供水協議到期前一年)，新加坡將完全實現水資源的自給自足，即在總人口達到目前3倍的情形下，海水淡化和新生水要能夠滿足水資源需求量的80%，其中新生水占55%。
新加坡現有新生水廠總產量超過70萬m3/d，包括勿洛、克蘭芝、烏魯班丹以及樟宜Ⅰ、Ⅱ期等5座水廠?，F有和即將建成海水淡化廠總產量達到86萬m3/d，包括大泉、新泉、大士、濱海東及裕廊島等5座水廠。
2、北控水務助力新加坡新生水廠
北控水務積極踐行國家“一帶一路”倡議，用實力塑造水務環保市場的“中國標簽”，在穩健實施“走出去”戰略過程中，北控水務于2014年在新加坡公用事業局(PUB)的公開招標中，中標新加坡樟宜Ⅱ新生水廠DBOO項目，并于同年10 月授予合同。該項目設計進水規模約30萬m3/d，產水規模為22.8萬m3/d，總系統回收率可達到75%以上。原水為樟宜污水廠出水，經處理后生產新生水，為新加坡提供工業用水和自來水水源補充。項目采用DBOO模式，收費運營25年。北控水務股權所占比例為80%，新加坡UESH股份比例為20%。
該項目于2014年9月18日得到優選人的通知，11月24日交割完成，2015年1月15號項目正式開工，2016年3月13日組建完成，5月13日機電完工， 并于同年11月14日通過新加坡公用事業局為期一個月的驗收，比合約要求的12月1日商運提前16天。自2016年12月1日正式商運以來，到目前為止，該廠連續穩定生產，平均日產水量達到設計能力的70%，是新加坡五座新生水廠中實際供水量大的一座。
該項目采用世界先進的污水再生技術——超濾加反滲透的雙膜法處理工藝，對污水廠出水進行深度處理，將污水制備成工業用水及飲用水水源，大大緩解了新加坡供水緊張局面。該項目是新加坡政府授標國外公司投資經營的新生水項目案例，印證了市場對北控水務集團專業技術能力和綜合實力的認可。北控水務的專業化精細管理帶來的成本優勢，使北控水務能夠為新加坡政府提供更為廉價的新生水，為當前疲軟的經濟注入活力，為北控水務助力新加坡新生水廠邁出了堅實的一步。
工藝路線
1、設計進出水水質
樟宜Ⅱ新生水廠進水水質包括微生物指標、物理指標、化學指標三大類，微生物指標主要有大腸埃希氏菌和異養細菌；物理指標有色度、電導率、濁度等；化學指標包括氨氮、鋁、氟化物等，各項指標要求都較高，目前實際出水水質不但滿足新生水標準還優于新加坡飲用水標準(詳見表1)。
表1 樟宜Ⅱ新生水廠部分進出水水質指標參數
2、工藝流程及原理
本項目采用了超濾、反滲透、UV殺菌三段工藝(工藝流程如圖2所示)。原水是樟宜污水廠二級生化處理出水，其主要污染物為懸浮顆粒物、有機污染物、溶解性無機物、細菌、病毒等。超濾工藝段主要目的是降低水的濁度，去除水中的懸浮顆粒物、大分子有機物和細菌等。反滲透工藝段采用過濾孔徑小于1納米的反滲透膜，去除各種小分子無機鹽、有機物和病毒。UV殺菌段進一步殺滅水中殘留的致病菌和病毒，終成品水進入新生水儲罐，由新加坡公用事業局進行統一調配。反滲透系統采用一級二段式，一段反滲透的濃水再經過二段反滲透，進一步回收淡水，在一段反滲透和二段反滲透之間增加能量回收裝置，達到節能目的。
圖2 樟宜Ⅱ新生水廠工藝流程圖
3、相關設計參數
(1)預處理單元
形式：自清洗過濾器，自動清洗，清洗周期根據進水水質變化，一般為2h，全自動運行，自耗水率<1%。
品牌：以色列阿米亞德(Amiad)；過濾精度500μm。
(2)超濾單元
形式：外壓式中空纖維膜，過濾周期一般為0.7h，每天化學反洗一次，1~ 3個月化學清洗一次，回收率>93%。
品牌：日本旭化成，型號UHA620C；膜過濾孔徑0.08μm。
(3)反滲透單元
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形式：高壓進水泵+保安過濾器，高壓泵采用多臺并聯模式，保安過濾器保 護反滲透膜避免受到顆粒狀雜質損傷。
品牌：水泵為凱士比(KSB)。
?、诜礉B透單元
形式：卷式聚氨酯反滲透膜，連續過濾，啟停機時沖洗，1~3個月化學清洗一次，回收率>80%，濃水排放入海。
品牌：美國海德能，型號ESPA2MAX。
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形式：能耗回收一般應用于進水 壓力較高的反滲透系統(如海水淡化)。在本工程中，反滲透二段濃水通過能量回收裝置對二段進水進行增壓，每天節約能耗約4000kWh。
品牌：美國費德科(FEDCO)。
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原理：水力(渦輪)透平式能量回收裝置采用離心式原理，由安裝葉輪的水泵側和安裝透平轉子的透平側組成，葉輪和透平轉子間通過一根中心軸相連接。反滲透裝置排出的高壓濃水直接沖擊渦輪驅動透平轉子把壓力能轉換為機械能(軸 功)，通過中心軸把機械能傳遞水 泵側的葉輪，葉輪再把機械能轉換為壓力能，對進入反滲透系統的濃水實施增壓。
(4)消毒單元
形式：管式紫外消毒。紫外消毒設備為安全措施，去除可能殘存的微生物， 后通過補充氯胺使出水達標。
品牌：德國威德高(Wedeco)。
(5)成品水單元
形式：消毒后產水進入新生水水罐，然后通過新生水供水泵提升至水庫或工業用水點，供水量由 PUB統一調配。
項目亮點
樟宜Ⅱ新生水廠具有工藝流程優、出水水質優、自控程度高、設備配置高，以及運行能耗低的“兩優、兩高、一低”特點。
1、工藝流程優
常規脫鹽水處理流程中，污水廠二級處理后需要經過混凝、沉淀及過濾后在進入雙膜處理單元，而本工程污水廠二級處理尾水直接進入自清洗過濾以及超濾反滲透系統，終形成成品水。短流程工藝節省占地和投資。
圖3 常規脫鹽水處理流程(左)與樟宜Ⅱ新生水廠處理流程(右)比較
2、出水水質優
新生水出水水質具有濁度非常低、鹽分大幅低于飲用水標準等特點。眾多周知，新興污染物在環境中的存在濃度雖低(通常在μg/L到ng /L之間)，但是會對生態和人類健康造成很大的負面影響，包括抗藥微生物種類和數量的增加、干擾生物體的生殖發育和荷爾蒙的合成、破壞動物的免疫系統等，嚴重時還會有致癌危險。賈第蟲病被列為全世界危害人類健康的10種主要寄生蟲病之一，隱孢子蟲病被列為引起人類常見的6種腹瀉疾病之一。新生水工藝對新興污染物和兩蟲去除效率高，解決了常規飲用水設計工藝對以上污染物去除效果差的弊端，提高了飲用水安全性。
表2 樟宜Ⅱ新生水廠出水水質情況
3、自控程度高
樟宜Ⅱ新生水廠全廠自動閥門500余套，全自動運行；進出水及過程檢測儀表齊全，水質異常就會實時報警；PLC站主機冗余配置，可自動無間歇投入PLC站CPU，并可通過狀態顯示、通訊等方式上傳故障信息；環網冗余可以使網絡在中斷300ms之內自行恢復。并可以通過交換機來提醒用戶出現的斷網現象。
完善的防火墻系統能強化安全策略 ，防止內部信息的外泄，通過利用防火墻對內部網絡的劃分，可實現內部網、重點網段的隔離，從而限制了局部網絡安全問題對全局網絡造成的影響。
通過以上全流程運行控制體系，全廠僅配備了15名運行及管理人員，實現了少人值守的目標。
4、設備配置高
全廠的主要設備、儀表及材料均采用，保障了水廠連續、安全、、穩定運行。
5、運行能耗低
樟宜Ⅱ新生水廠的總電耗0.75kWh/噸水，其中超濾、反滲透等主工藝能耗約0.5kWh/噸水，成品水提升能耗約0.25kWh/噸水；顯著低于國內水平。
總結
樟宜Ⅱ新生水項目采用雙膜工藝(超濾+反滲透)進行深度處理，通過的工藝與自控設計及精細化運營管理，高度完善的自控系統、的能量回收系統、高標準的設備配置以及先進的全流程運行控制體系，實現了水廠的少人值守及運行費用的大幅降低；出水水質不但滿足新加坡新生水標準而且優于飲用水標準，為新加坡提供高質量的工業用水和自來水水源補充，是水資源循環利用的典范。
原標題：JIEI | 張寶林：揭開新加坡樟宜Ⅱ新生水項目的神秘面紗
