今天，小编带您走进新加坡水创新的最后一章：水创新。用高级氧化技术对水中微污染物的去除、MBR系统与RO系统相结合，做到污水循环中的水资源最大化回收利用、以及利用陶瓷膜的高强度和高通量性质对水处理工艺进行优化。
1、水中微污染物的去除
高级氧化技术(AOP)是指使用臭氧或臭氧与过氧化氢联用的氧化技术，通常作为水处理工艺最后的消毒环节。同时AOP对于去除各种新兴污染物也比较有效，这一点通过2011年赛莱默公司与PUB之间的研究就能得以体现。
在水处理中，往往会在AOP类的氧化工艺之后附加生物过滤工艺，以去除氧化过程中产生的同化有机碳(AOC)。从2013年起，赛莱默公司的研发人员同PUB一起展开研究，主要研究对象是氧化工艺和生物过滤工艺之间的协同效应。
从2011年的试验开始，科研人员在现有的臭氧氧化池旁新建了一座生物滤池(图1和图2)。该生物滤池试验系统集合了不同系统的配置与功能，包括空气冲洗，反冲洗，仪器仪表和自动化。生物滤池中的两个滤柱分别填充颗粒活性炭(GAC)和无烟煤，臭氧工艺出水直接作为滤柱进水。
在经历过前五个月的适应阶段之后，滤料性能得以稳定，科研人员开始对不同操作条件下的两个滤柱进行试验比较，包括对空床接触时间(EBCT)和上向流氧化工艺(臭氧或者高级氧化)的调整与优化。EBCT的优化至关重要，因为它会直接影响到未来工程实践中生物过滤工艺的设计。同时，对在AOC同化有机物去除率、生物量增长、异味去除等方面对过滤介质的性能进行连续监测。
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研究结果表明，无烟煤和GAC(随着生物量的增加，过滤会逐渐转化为生物过滤)与臭氧结合，能够实现较高的AOC去除率。“然而，臭氧-GAC生物过滤结合工艺只是一种多屏障理念，”科研人员说。因为当某些情况下需要加大过氧化氢的投量而导致原水水质污染时，活性炭比无烟煤能更有效的去除水中残留的过氧化物。“GAC对于异味去除也比较有效。”科研人员补充道。
在未来，科研人员将把重点转移到系统优化上来，也希望这项研究可以解决一些关键问题，例如AOC被滤料中微生物机体去除的机理研究等。
2、污水循环中的水资源最大化回收与利用
MBR系统在水处理中的使用越来越广泛，将MBR系统与RO系统相结合，出水可以达到NEWater的出水标准。大多数的RO系统的出水回收率大约为75%，也就是说，大约25%的系统出水被浪费掉。在GE水工艺研究所的一项研究中，如果将MBR工艺作为RO工艺的预处理工艺，可以在耗能更低的情况下将回收率提升至90%。
这项研究包括了小试规模与中试规模的试验，旨在通过反向电渗析(EDR)研发更经济的废水处理工艺。在这个工艺中，RO的浓水经EDR工艺处理为含盐量较低的淡水，在回流至RO工艺的进水端(图1)。这种工艺结构会大幅提高水的回用率。
自2014年9月起，在PUB的乌鲁班丹污水厂搭建起了一条中试线。试验采用不同种的离子交换膜和不同的膜间距设计，以设计出最合理的EDR反应器(图2)。同样，试验也采用了不同种类的RO膜，通过多次对比试验以达到最优水质。
另外，为了研究膜尺寸与膜污染对整个工艺的影响，新加坡国立大学的一个研究小组对此领域展开了小试试验。这些试验包括RO、EDR膜性能测试、TOC去除工艺测试(包括高级氧化与活性炭吸附工艺的结合)。该研究小组还得到了GE在水质分析和膜性能研究方面的技术支持。这个小试试验旨在通过对膜的研究来优化工艺，以达到最佳出水水质，并解决开展工程化应用前的一切问题。
“从目前的小试和中试结果来看，效果都还是不错的。”科研人员说，“今年，我们预计会完成工艺优化，并在模拟实际工况条件下，开始着力加强整套工艺的系统稳定性。”
科研人员相信，结合试验数据与工艺模型，将有助于NEWater工艺进一步提高废水回收率，并且降低生产成本。
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3、使用陶瓷膜对水处理工艺进行优化
由于陶瓷膜的高强度和高通量性质，使陶瓷膜在水处理中的应用越来越广泛。为评估陶瓷膜在新加坡当地环境下的性能，明电舍公司在PUB的Choa Chua Kang污水处理厂对其陶瓷膜进行性能测试(图1)。用于测试的浸没式陶瓷平板膜(图2)都产自日本的明电舍名古屋工厂。
与陶瓷膜不同的是，传统的内外压式聚合中空纤维膜丝极易产生污堵，尤其是当工艺中投加絮凝剂时，污堵更加严重。污堵将导致膜通量变小、清洗频率增加，甚至导致无法通过清洗恢复膜元件性能。此时，整个系统将不得不更换膜元件，最终导致生产成本增加。
明电舍的这项试验开始于2014年初，进水采用投加过混凝剂和絮凝剂的污水，膜元件采用陶瓷平板膜，科研人员对膜通量进行了监测，并且对化学清洗后膜性能的恢复情况也做了监测。
试验结果表明，陶瓷膜具有很高的抗负荷冲击能力，始终可以维持较高的通量，对细菌和病毒都有较好的去除能力，出水水质可以达到PUB的饮用水水质标准。另外，陶瓷膜的污堵频率要远远低于传统膜元件，而生命周期长于传统膜元件。
甚至在模拟超长使用且无清洗的工况条件下，陶瓷膜的性能表现依然良好，这种工况旨在模拟紧急状态下，膜元件需要长期不断工作的情况。
“经新加坡国立大学试验验证，明电舍的陶瓷膜完全可以使出水达到饮用水级别。”科研人员说，“也向业界证实了明电舍的陶瓷膜经过严苛的测试，并完全符合标准要求。”
展望未来，明电舍公司将继续进行陶瓷膜试验直到2015年底，另外，在2015年7月份，他们还将把膜研发中心从日本迁到新加坡。至此，明电舍公司的陶瓷膜将正式开始在新加坡生产与加工。
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原标题：新加坡水创新|未来的水处理
