荷、法、西三国膜法水处理工程案例

更新时间:2020-05-18 07:45

  Jan-Lagrand位于荷兰首都阿姆斯特丹附近的Heemskerk城,于1999年投运至今。Jan-Lagrand是世界最大规模的双膜法市政供水厂,产水量2250m3/h。Heemskerk供水厂,将经过预处理的地表水连续的由X-FLOW超滤预处理后,进入反渗透系统。反渗透出水直接混合后用于饮用,不经任何化学消毒。Heemskerk水厂有很多创新之处:

  在1994年初,Heemskerk水厂在设计阶段,醋酸纤维素RO膜加介质过滤器是当时通常采用的膜法地表水处理工艺。但是PWN决定考虑采用复合RO膜加膜法进行预处理。当包括微滤和超滤在内的中试试验结果出来后,PWN决定采用复合RO膜,由此Heemskerk成为世界第一个大型的采用复合RO膜加UF预处理的工程项目。

  微滤MF和超滤UF膜的选择是该项目一个非常重要的环节。预处理膜的选择需要考虑非常成功的中试试验结果,系统选择前首先对超滤膜供应商进行资格认证,使真正“先进”的和有实力膜产品在Heemskerk这样大型水厂中应用。当时一般的膜要满足Heemskerk水厂的要求,需要30到40套超滤膜设备。荷兰X-FLOW公司完成了一个全新的设计理念,包括采用与NF/RO类似标准的产品。

  在项目开始阶段,普遍认为UF和RO在理论上可以提供完全无菌消毒的供水。但是在90年代没有可用的在线监视装置可以在线个log或以上的精度,PWN面临由实际数据验证理论概念的挑战。为此在Heemskerk水厂采用了两种监测系统:

  1)对RO系统,采用了硫酸盐监视器。当硫酸盐的去除率超过99.9%时,硫酸盐监视器可以提供足够精确的指标保证对病菌的去除率超过3个log以上。

  2)对UF系统,采用了颗粒计数器。每套超滤装置上都安装有0.2um的颗粒计数器,并且还有一个0.05um的备用颗粒计数器(用来临时监测单套装置,单个压力容器甚至单个膜组件)。通过测定对某级别大小的颗粒去除率的测定,可以精确反映出超滤系统对于该大小范围的病菌的去除率。

  通常的膜装置有两种布置形式,要么布置在沟渠中,要么在管道系统上方。检修不方便、管道布置复杂。而双楼层设备布置,可以实现扩建方便,维修容易、环境美观。因此Heemskerk采用了双楼层设备布置的方式:

  1)膜装置布置在地面一层,由于8个发电机组在楼下均通过木箱进行了消声处理,因此,一层车间没有一点声音,代表们误以为系统没有运行。

  2)管道布置在地下室。管道系统固定在地下室的天花板上。并且根据用途不同分成不同的区域如入水管道区、化学药剂投加线、产水管道区、废水管道区、电控管线等。不仅维护方便、施工方便、而且美观。

  纳滤膜技术是近10年发展起来的膜分离技术,它可以去除水体中的三氯甲烷中间体、低分子有机物、农药、激素、砷和重金属等有害物质。同时,纳滤膜分离过程还具有操作压力低、出水效率高、浓缩水排放少等优点。因此,纳滤膜技术在饮用水生产方面正在发挥其独特的作用。法国梅里奥塞水厂是世界纳滤膜应用的先驱。

  梅里奥塞水厂位于法国巴黎北郊,始建20世纪初,前后经过几次重大的改造。1980年增加了一座贮水水库,这里目前已成为一个鸟类的栖息地。由于水质污染不断加剧,1993年水厂安装了一套纳滤中试验装置,开始为阿沃斯奥塞小镇提供膜处理用水,两年的试验结果最终证明了纳滤膜技术是行之有效的。1999年法国水务企业联合集团(SEDIF)投资1.5亿欧元建造了日均产水量为14万吨的新型水处理工厂,为巴黎北郊39个区大约80万居民提供经过纳滤膜处理的优质饮用水。四年过去了,梅里奥塞水厂目前仍保持着全世界规模最大的运用纳滤膜技术净化地表水的水厂。被处理的原水是受污染的奥塞河水,水中含有大量的有机物和杀虫剂,而且河水的温度和有机物含量随季节变化波动很大。采用纳滤膜技术处理这种水质在水处理领域是重大创新,其出水水质及其各项性能参数非常令人满意。当然,它的创新点还在于其水处理系统的过程控制。

  梅里奥塞水厂水处理工艺其实并不复杂,复杂的是其控制和监测系统。水厂采用了1250台由计算机控制的预报控制屏,950多台在线个自动系统,可以连续向控制中心提供600个数据信息。整个水厂完全自动控制,可提供实时评估纳滤膜污堵状态,还可以进行完全自动化地清洗,而且操作者可以自行选择清洗配方,若大的水厂仅十七人员工。当然通过这种方式处理的水,成本不会低廉,即使水厂负责人不愿透露我们还是可以计算的出来。

  参观了梅里奥塞水厂给我们两点启发,第一人类自身造成的水资源污染,虽然有办法恢复,但必须付出高昂的代价。第二运用膜技术改善中国的水资源环境任重而道远。

  加纳利群岛位于大西洋,地处欧洲南部、非洲西部,距西撒哈拉沙漠仅100公里,由13个火山岛组成,阳光、沙滩、海浪、仙人掌是加那利的四大特点,由于地理位置优越,气候四季如春,因此被称为欧洲夏威夷,是著名的旅游胜地,每年游客多达一千万人次。但这里一年几乎不下雨,年降水量仅330mm。淡水是加纳利岛最为突出的问题之一,据翻译讲,这里原先人们用水都是靠空运解决,其成本之高可想而知。早在20世纪60年代末,西班牙政府就开始采用海水淡化装置解决淡水。

  拉斯帕尔马斯(Las Palmas)是加纳利群岛中最大的一个岛屿,面积100平方公里,常住人口超过35万,系群岛首府所在地。该岛因在大规模海水淡化建设方面走在世界前列,一直受到各国水处理同行的关注。

  Las Palmas的海水淡化系统进行了四期建设:一期工程是1969年首次安装了4座日产5000吨的低温多效蒸馏(MED)装置;二期工程是1981年建造了两座日产10000吨的Babcock Wilcox多效闪蒸(MSF)装置。但这两种工艺能耗太高,加之部分设备陈旧,在1989年政府投资建成4座6000吨/日的反渗透装置即三期工程,1992年进一步扩建了2座6000吨/日。1995年一个叫Emalsa的公司获得了拉斯帕尔马斯三期工程的运行权,又新增了一座日产8000吨的反渗透装置。1997年,Emalsa投资在一年内更换了所有的膜。为了确定预处理的效率和研究降低成本的可能性,Emalsa另外投资建造了一套现场试验装置,用来考察操作参数的影响。试验装置的系统配置与实际装置相同,只是用了小型膜元件。按照严密的计划进行了运行参数的调制,然后逐渐将这些经验在工业装置上采用了,工业装置的性能得到了明显的改善。此外,经过对电控系统、高压泵的改造以及增加了能量回收系统,装置性能不断提高,产水量由32000吨/日提高到52000吨/日,电耗由6.6kwh/m3降低到5.1kwh/m3,系统水回收率由42%提升到53%。

  伴随着旅游业的发展,淡水需求激增,1999年地方政府采用BOT运营模式又兴建一座20000吨/日的反渗透海水淡化工厂即四期工程,新系统要求水回收率在50%以上,产水含盐量低于50ppm。

  1998年一家位于马德里名叫INIMA的工程公司获准承建该项目,系统工艺路线套装置,每套一级产水量5600吨/日。采用了高产水量、能耗低的海水膜,产水含盐量为700-1000ppm。第二级单套产水量5000吨/日,采用超低压苦咸水膜进一步脱盐。这种组合工艺流程获得了更低的能耗效果,以较低的运行成本得到了低于50ppm产品水。这套系统由于采用了段间增压和能量回收技术,一级水的回收率超过50%,二级回收率90%。同时,包括所有的公用用电量、系统高压泵和海水提升泵的总能耗仅为3.85kwh/m3。这一结果使我们看到了反渗透技术在海水淡化方面的广阔前景。

  Las Palmas的实践证明,大规模地淡化海水目前只有多级闪蒸、多效蒸馏和反渗透技术行之有效,而反渗透技术更是由于无相变、能耗低的特点,技高一筹,迅速占领了海水淡化市场。除了反渗透膜本身性能的大幅改善之外,另一方面就是对工艺的不断完善,尤其是新型余压能量回收器的发展,使得能量回收效率大大提高,比能耗大幅度降低,极大地促进了反渗透淡化技术的推广和应用,成为最具竞争力和发展速度最快的海水淡化技术。

  欧洲三国这几项工程采用了不同的膜分离技术处理不同的水质,工艺差别很大,它让代表们看到了膜技术在水工业中的广阔前景,同时也领略到它的复杂性。

  两年一届的阿姆斯特丹国际水处理技术展览会于9月28日到10月1日在荷兰首都阿姆斯特丹RAY会展中心举行。AQUATECH堪称全球最大的水行业展览会,35年时间,它由一个纯荷兰的饮用水技术展览会,发展成为全球瞩目的水务行业和水处理行业的一次盛会,先后成功举办了19届。本届是第20届,有来自47个国家的800家企业云集于此,带来数百种最前沿的技术、服务和管理模式,来自世界各地的参观人数高达25000人。

  本次展会设有7个展厅,展位面积达5万平米。荷兰的参展企业数量最多,有250余家,中国有23家企业参展,大部分来自江浙一带的民营企业。除了各参展商的展示和交流外,主办单位还举办了十多场专题研讨会和报告会,内容涉及水务、水处理技术、水资源综合利用和管理。会议的主题鲜明:21世纪人类面临水资源短缺的严峻挑战,如不及时采取有力措施,人类可持续发展的梦想将成为泡影。水行业工作者应当担负起这一责任,勇敢地应对挑战。

  值得一提是,展会专门设立了一项创新奖,表彰和奖励展会中最前沿的产品、技术和管理理念。此外,4天的展会期间都可以看到精彩的管道对接比赛。根据组委会统计数字,25000名观众中政府机构决策者占17%、水务集团和公司占13%,水处理公司占12%、供应商占26%、协会和咨询机构占8%、石油化学企业占6%、公用工程和电子行业占5%%,其它行业累计占13%。一些国际的水组织,如IWA(国际水协)、IOA、EWA、KIWA、WQA等也到会参观。邬晓薇

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