张宝林：揭开新加坡樟宜Ⅱ新生水项目的神秘面纱

【中国环保在线 应用方案】2018年11月16日，清华大学-北控水务集团环境产业联合研究院主办新生水及水资源利用国际研讨会。200余位国内外政府领导、行业专家、水务企业、投资机构及媒体等齐聚一堂，一同围绕新生水及水资源利用问题进行深入探讨。
水，是生命之源。新加坡的淡水资源十分贫乏，其人均水资源占有量居世界倒数第二位，居民的日常生活和生产用水主要靠存储雨水及从邻国马来西亚进口。从国家战略安全考虑，为避免供水危机，新加坡政府坚持开源与节流并举的方针，提出开发四大“国家水喉”计划，即雨水收集、淡水进口、海水淡化和污水再利用，其中的污水再利用项目就是“新生水(NEWater)”项目。
北控水务樟宜Ⅱ新生水项目是新加坡大的新生水厂，新生水产量占新加坡新生水总产量的30%以上，是新加坡由国外公司主导的PPP项目，获得了国内外媒体、官员及同行的赞许。对于樟宜Ⅱ新生水项目，以前只是“隔空远眺”，知其“厉害”，而不知其之所以“厉害”，现通过对樟宜Ⅱ新生水项目的设计与运行分析来揭开其神秘面纱。
项目背景
1、新生水和海水淡化已然成为新加坡重要水源
新加坡，别称为狮城，是东南亚的一个岛国，北隔柔佛海峡与马来西亚为邻，南隔新加坡海峡与印度尼西亚相望。面积721平方公里，人口561万。年气温在 23~34℃，年均降雨量在2400毫米左右。新加坡是继纽约、伦敦、香港之后的第四大国际金融中心，被誉为“亚洲四小龙”之一。
新加坡国内水资源总量6亿m3，人均水资源只有211m3，居世界倒数第二，是全球范围内水资源为匮乏的国家，长期以来不得不依靠进口水资源来解决问题，新加坡政府认识到，淡水对于新加坡人来说，就像人体血管里的血液一样重要，一旦被断，等于国家安全就受到了威胁。所以水的问题在新加坡已经上升到战略的高度，政府对此高度重视。
目前新加坡的用水需求约为每天4.3亿加仑(193万m3/d)，其中居民生活用水占比45%，工业等其他用水占比55%。人均综合用水量350L/人·d，人均居民生活用水量143L/人·d。根据新加坡相关规划，到2060年，新加坡的总需水量将增加一倍，其中居民生活用水占比30%，工业等其他用水占比70%，人均居民生活用水量进一步降低至130L/人·d。
面对水资源严重匮乏和日益增长的用水需求问题，新加坡政府提出开发四大“国家水喉”计划，即雨水收集(存水)、进口水、新生水和淡化海水。目前新生水和淡化水处理规模已达到130万m3/d。未来计划到2060年(与马拉西亚供水协议到期前一年)，新加坡将完全实现水资源的自给自足，即在总人口达到目前3倍的情形下，海水淡化和新生水要能够满足水资源需求量的80%，其中新生水占55%。
新加坡现有新生水厂总产量超过70万m3/d，包括勿洛、克兰芝、乌鲁班丹以及樟宜Ⅰ、Ⅱ期等5座水厂。现有和即将建成海水淡化厂总产量达到86万m3/d，包括大泉、新泉、大士、滨海东及裕廊岛等5座水厂。
2、北控水务助力新加坡新生水厂
北控水务积极践行国家“一带一路”倡议，用实力塑造全球水务环保市场的“中国标签”，在稳健实施“走出去”战略过程中，北控水务于2014年在新加坡公用事业局(PUB)的全球公开招标中，中标新加坡樟宜Ⅱ新生水厂DBOO项目，并于同年10 月授予合同。该项目设计进水规模约30万m3/d，产水规模为22.8万m3/d，总系统回收率可达到75%以上。原水为樟宜污水厂出水，经处理后生产新生水，为新加坡提供工业用水和自来水水源补充。项目采用DBOO模式，收费运营25年。北控水务股权所占比例为80%，新加坡UESH股份比例为20%。
该项目于2014年9月18日得到优选人的通知，11月24日交割完成，2015年1月15号项目正式开工，2016年3月13日组建完成，5月13日机电完工， 并于同年11月14日通过新加坡公用事业局为期一个月的验收，比合约要求的12月1日商运提前16天。自2016年12月1日正式商运以来，到目前为止，该厂连续稳定生产，平均日产水量达到设计能力的70%，是新加坡五座新生水厂中实际供水量大的一座。
该项目采用世界先进的污水再生技术——超滤加反渗透的双膜法处理工艺，对污水厂出水进行深度处理，将污水制备成工业用水及饮用水水源，大大缓解了新加坡供水紧张局面。该项目是新加坡政府授标国外公司投资经营的新生水项目案例，印证了国际市场对北控水务集团专业技术能力和综合实力的认可。北控水务的专业化精细管理带来的成本优势，使北控水务能够为新加坡政府提供更为廉价的新生水，为当前疲软的经济注入活力，为北控水务助力新加坡新生水厂迈出了坚实的一步。
工艺路线
1、设计进出水水质
樟宜Ⅱ新生水厂进水水质包括微生物指标、物理指标、化学指标三大类，微生物指标主要有大肠埃希氏菌和异养细菌；物理指标有色度、电导率、浊度等；化学指标包括氨氮、铝、氟化物等，各项指标要求都较高，目前实际出水水质不但满足新生水标准还优于新加坡饮用水标准(详见表1)。表1 樟宜Ⅱ新生水厂部分进出水水质指标参数
2、工艺流程及原理
本项目采用了超滤、反渗透、UV杀菌三段工艺(工艺流程如图2所示)。原水是樟宜污水厂二级生化处理出水，其主要污染物为悬浮颗粒物、有机污染物、溶解性无机物、细菌、病毒等。超滤工艺段主要目的是降低水的浊度，去除水中的悬浮颗粒物、大分子有机物和细菌等。反渗透工艺段采用过滤孔径小于1纳米的反渗透膜，去除各种小分子无机盐、有机物和病毒。UV杀菌段进一步杀灭水中残留的致病菌和病毒，终成品水进入新生水储罐，由新加坡公用事业局进行统一调配。反渗透系统采用一级二段式，一段反渗透的浓水再经过二段反渗透，进一步回收淡水，在一段反渗透和二段反渗透之间增加能量回收装置，达到节能目的。图2 樟宜Ⅱ新生水厂工艺流程图
3、相关设计参数
(1)预处理单元
形式：自清洗过滤器，自动清洗，清洗周期根据进水水质变化，一般为2h，全自动运行，自耗水率<1%。
品牌：以色列阿米亚德(Amiad)；过滤精度500μm。
(2)超滤单元
形式：外压式中空纤维膜，过滤周期一般为0.7h，每天化学反洗一次，1~ 3个月化学清洗一次，回收率>93%。
品牌：日本旭化成，型号UHA620C；膜过滤孔径0.08μm。
(3)反渗透单元
①反渗透进水单元
形式：高压进水泵+保安过滤器，高压泵采用多台并联模式，保安过滤器保 护反渗透膜避免受到颗粒状杂质损伤。
品牌：水泵为凯士比(KSB)。
②反渗透单元
形式：卷式聚氨酯反渗透膜，连续过滤，启停机时冲洗，1~3个月化学清洗一次，回收率>80%，浓水排放入海。
品牌：美国海德能，型号ESPA2MAX。
③能量回收系统
形式：能耗回收一般应用于进水 压力较高的反渗透系统(如海水淡化)。在本工程中，反渗透二段浓水通过能量回收装置对二段进水进行增压，每天节约能耗约4000kWh。
品牌：美国费德科(FEDCO)。
④能量回收工艺原理
原理：水力(涡轮)透平式能量回收装置采用离心式原理，由安装叶轮的水泵侧和安装透平转子的透平侧组成，叶轮和透平转子间通过一根中心轴相连接。反渗透装置排出的高压浓水直接冲击涡轮驱动透平转子把压力能转换为机械能(轴 功)，通过中心轴把机械能传递水 泵侧的叶轮，叶轮再把机械能转换为压力能，对进入反渗透系统的浓水实施增压。
(4)消毒单元
形式：管式紫外消毒。紫外消毒设备为安全措施，去除可能残存的微生物， 后通过补充氯胺使出水达标。
品牌：德国威德高(Wedeco)。
(5)成品水单元
形式：消毒后产水进入新生水水罐，然后通过新生水供水泵提升至水库或工业用水点，供水量由 PUB统一调配。
项目亮点
樟宜Ⅱ新生水厂具有工艺流程优、出水水质优、自控程度高、设备配置高，以及运行能耗低的“两优、两高、一低”特点。
1、工艺流程优
常规脱盐水处理流程中，污水厂二级处理后需要经过混凝、沉淀及过滤后在进入双膜处理单元，而本工程污水厂二级处理尾水直接进入自清洗过滤以及超滤反渗透系统，终形成成品水。短流程工艺节省占地和投资。图3 常规脱盐水处理流程(左)与樟宜Ⅱ新生水厂处理流程(右)比较
2、出水水质优
新生水出水水质具有浊度非常低、盐分大幅低于饮用水标准等特点。众多周知，新兴污染物在环境中的存在浓度虽低(通常在μg/L到ng /L之间)，但是会对生态和人类健康造成很大的负面影响，包括抗药微生物种类和数量的增加、干扰生物体的生殖发育和荷尔蒙的合成、破坏动物的免疫系统等，严重时还会有致癌危险。贾第虫病被列为全世界危害人类健康的10种主要寄生虫病之一，隐孢子虫病被列为引起人类常见的6种腹泻疾病之一。新生水工艺对新兴污染物和两虫去除效率高，解决了常规饮用水设计工艺对以上污染物去除效果差的弊端，提高了饮用水安全性。表2 樟宜Ⅱ新生水厂出水水质情况
3、自控程度高
樟宜Ⅱ新生水厂全厂自动阀门500余套，全自动运行；进出水及过程检测仪表齐全，水质异常就会实时报警；PLC站主机冗余配置，可自动无间歇投入PLC站CPU，并可通过状态显示、通讯等方式上传故障信息；环网冗余可以使网络在中断300ms之内自行恢复。并可以通过交换机来提醒用户出现的断网现象。
完善的防火墙系统能强化安全策略，防止内部信息的外泄，通过利用防火墙对内部网络的划分，可实现内部网、重点网段的隔离，从而限制了局部网络安全问题对全局网络造成的影响。
通过以上全流程运行控制体系，全厂仅配备了15名运行及管理人员，实现了少人值守的目标。
4、设备配置高
全厂的主要设备、仪表及材料均采用国际知名品牌，保障了水厂连续、安全、、稳定运行。
5、运行能耗低
樟宜Ⅱ新生水厂的总电耗0.75kWh/吨水，其中超滤、反渗透等主工艺能耗约0.5kWh/吨水，成品水提升能耗约0.25kWh/吨水；显著低于国内水平。
总结
樟宜Ⅱ新生水项目采用双膜工艺(超滤+反渗透)进行深度处理，通过国际领先的工艺与自控设计及精细化运营管理，高度完善的自控系统、的能量回收系统、高标准的设备配置以及先进的全流程运行控制体系，实现了水厂的少人值守及运行费用的大幅降低；出水水质不但满足新加坡新生水标准而且优于饮用水标准，为新加坡提供高质量的工业用水和自来水水源补充，是水资源循环利用的典范。
原标题：JIEI | 张宝林：揭开新加坡樟宜Ⅱ新生水项目的神秘面纱