1、水中微污染物的去除
高級氧化技術(shù)(AOP)是指使用臭氧或臭氧與過氧化氫聯(lián)用的氧化技術(shù)，通常作為水處理工藝最后的消毒環(huán)節(jié)。同時AOP對于去除各種新興污染物也比較有效，這一點通過2011年賽萊默公司與PUB之間的研究就能得以體現(xiàn)。
在水處理中，往往會在AOP類的氧化工藝之后附加生物過濾工藝，以去除氧化過程中產(chǎn)生的同化有機碳(AOC)。從2013年起，賽萊默公司的研發(fā)人員同PUB一起展開研究，主要研究對象是氧化工藝和生物過濾工藝之間的協(xié)同效應(yīng)。
從2011年的試驗開始，科研人員在現(xiàn)有的臭氧氧化池旁新建了一座生物濾池(圖1和圖2)。該生物濾池試驗系統(tǒng)集合了不同系統(tǒng)的配置與功能，包括空氣沖洗，反沖洗，儀器儀表和自動化。生物濾池中的兩個濾柱分別填充顆粒活性炭(GAC)和無煙煤，臭氧工藝出水直接作為濾柱進水。
在經(jīng)歷過前五個月的適應(yīng)階段之后，濾料性能得以穩(wěn)定，科研人員開始對不同操作條件下的兩個濾柱進行試驗比較，包括對空床接觸時間(EBCT)和上向流氧化工藝(臭氧或者高級氧化)的調(diào)整與優(yōu)化。EBCT的優(yōu)化至關(guān)重要，因為它會直接影響到未來工程實踐中生物過濾工藝的設(shè)計。同時，對在AOC同化有機物去除率、生物量增長、異味去除等方面對過濾介質(zhì)的性能進行連續(xù)監(jiān)測。
研究結(jié)果表明，無煙煤和GAC(隨著生物量的增加，過濾會逐漸轉(zhuǎn)化為生物過濾)與臭氧結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)較高的AOC去除率。“然而，臭氧-GAC生物過濾結(jié)合工藝只是一種多屏障理念，”科研人員說。因為當(dāng)某些情況下需要加大過氧化氫的投量而導(dǎo)致原水水質(zhì)污染時，活性炭比無煙煤能更有效的去除水中殘留的過氧化物。“GAC對于異味去除也比較有效。”科研人員補充道。
在未來，科研人員將把重點轉(zhuǎn)移到系統(tǒng)優(yōu)化上來，也希望這項研究可以解決一些關(guān)鍵問題，例如AOC被濾料中微生物機體去除的機理研究等。
2、污水循環(huán)中的水資源最大化回收與利用
MBR系統(tǒng)在水處理中的使用越來越廣泛，將MBR系統(tǒng)與RO系統(tǒng)相結(jié)合，出水可以達到NEWater的出水標(biāo)準(zhǔn)。大多數(shù)的RO系統(tǒng)的出水回收率大約為75%，也就是說，大約25%的系統(tǒng)出水被浪費掉。在GE水工藝研究所的一項研究中，如果將MBR工藝作為RO工藝的預(yù)處理工藝，可以在耗能更低的情況下將回收率提升至90%。
這項研究包括了小試規(guī)模與中試規(guī)模的試驗，旨在通過反向電滲析(EDR)研發(fā)更經(jīng)濟的廢水處理工藝。在這個工藝中，RO的濃水經(jīng)EDR工藝處理為含鹽量較低的淡水，在回流至RO工藝的進水端(圖1)。這種工藝結(jié)構(gòu)會大幅提高水的回用率。
自2014年9月起，在PUB的烏魯班丹污水廠搭建起了一條中試線。試驗采用不同種的離子交換膜和不同的膜間距設(shè)計，以設(shè)計出最合理的EDR反應(yīng)器(圖2)。同樣，試驗也采用了不同種類的RO膜，通過多次對比試驗以達到最優(yōu)水質(zhì)。
另外，為了研究膜尺寸與膜污染對整個工藝的影響，新加坡國立大學(xué)的一個研究小組對此領(lǐng)域展開了小試試驗。這些試驗包括RO、EDR膜性能測試、TOC去除工藝測試(包括高級氧化與活性炭吸附工藝的結(jié)合)。該研究小組還得到了GE在水質(zhì)分析和膜性能研究方面的技術(shù)支持。這個小試試驗旨在通過對膜的研究來優(yōu)化工藝，以達到最佳出水水質(zhì)，并解決開展工程化應(yīng)用前的一切問題。
“從目前的小試和中試結(jié)果來看，效果都還是不錯的。”科研人員說，“今年，我們預(yù)計會完成工藝優(yōu)化，并在模擬實際工況條件下，開始著力加強整套工藝的系統(tǒng)穩(wěn)定性。”
科研人員相信，結(jié)合試驗數(shù)據(jù)與工藝模型，將有助于NEWater工藝進一步提高廢水回收率，并且降低生產(chǎn)成本。
3、使用陶瓷膜對水處理工藝進行優(yōu)化
由于陶瓷膜的高強度和高通量性質(zhì)，使陶瓷膜在水處理中的應(yīng)用越來越廣泛。為評估陶瓷膜在新加坡當(dāng)?shù)丨h(huán)境下的性能，明電舍公司在PUB的Choa Chua Kang污水處理廠對其陶瓷膜進行性能測試(圖1)。用于測試的浸沒式陶瓷平板膜(圖2)都產(chǎn)自日本的明電舍名古屋工廠。
與陶瓷膜不同的是，傳統(tǒng)的內(nèi)外壓式聚合中空纖維膜絲極易產(chǎn)生污堵，尤其是當(dāng)工藝中投加絮凝劑時，污堵更加嚴重。污堵將導(dǎo)致膜通量變小、清洗頻率增加，甚至導(dǎo)致無法通過清洗恢復(fù)膜元件性能。此時，整個系統(tǒng)將不得不更換膜元件，最終導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加。
明電舍的這項試驗開始于2014年初，進水采用投加過混凝劑和絮凝劑的污水，膜元件采用陶瓷平板膜，科研人員對膜通量進行了監(jiān)測，并且對化學(xué)清洗后膜性能的恢復(fù)情況也做了監(jiān)測。
試驗結(jié)果表明，陶瓷膜具有很高的抗負荷沖擊能力，始終可以維持較高的通量，對細菌和病毒都有較好的去除能力，出水水質(zhì)可以達到PUB的飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。另外，陶瓷膜的污堵頻率要遠遠低于傳統(tǒng)膜元件，而生命周期長于傳統(tǒng)膜元件。
甚至在模擬超長使用且無清洗的工況條件下，陶瓷膜的性能表現(xiàn)依然良好，這種工況旨在模擬緊急狀態(tài)下，膜元件需要長期不斷工作的情況。
“經(jīng)新加坡國立大學(xué)試驗驗證，明電舍的陶瓷膜完全可以使出水達到飲用水級別。”科研人員說，“也向業(yè)界證實了明電舍的陶瓷膜經(jīng)過嚴苛的測試，并完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求。”
展望未來，明電舍公司將繼續(xù)進行陶瓷膜試驗直到2015年底，另外，在2015年7月份，他們還將把膜研發(fā)中心從日本遷到新加坡。至此，明電舍公司的陶瓷膜將正式開始在新加坡生產(chǎn)與加工。
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