Wong Nungsi
新加坡公用事業委員會水回用部 副主任

　　摘要: 自二十世紀七十年代起，新加坡就進行了利用污水處理廠二級處理出水生產飲用水的技術研究。與此同時，隨著膜技術的發展、對膜技術了解程度的加深以及膜成本的降低，目前很容易使用可靠的處理后出水生產飲用水標準的水（在新加坡稱為NEWater），而且價格也比較合理。

　　NEWater 主要用于非飲用水方面。最主要的用途是電路板加工廠電路板加工過程中所需超純水的生產。這在世界上還是第一次。同時NEWater也直接供應到工業和商業建筑，作為工藝用水和空調冷卻水。2003年2月以后，新加坡使用少量NEWater對當地的原水資源的進行了補充。這并非一件新鮮事，美國在這方面已經有20多年的經驗。

1 引言

　　(1) 城鎮和城市人口增長的同時也增加了建成區的需水量，從而打破了水的自然供需平衡。隨著工業化和現代化的發展，優質水的日益緊缺為世界所關注。作為一個只有680平方公里陸域面積、人口450萬的島國，為了滿足日益增長的清潔水需求，新加坡不得不尋求新的水資源。
　　(2) 公用事業委員會（PUB）是新加坡的國家水機構，從宏觀上管理國家的水資源，其中包括原水的收集和管理、水的生產和供應以及污水的收集、處理和再利用。PUB的主要任務是為新加坡提供經濟可行的充足供水。
　　(3) PUB對使用新技術和革新方法，對二級處理后出水進行再生處理，生產高質量水，即NEWater，以緩解水資源緊張的問題進行了分析。NEWater已經成為通過新技術生產可靠、經濟的水資源的范例。

2 新加坡污水再生利用的歷史

　　(4) 所有污水經整個污水管網系統收集，并在集中的再生水廠進行處理，達到國際標準后排海。如果經深度處理，這些二級處理出水可以作為一種潛在的水資源。
　　(5) 處理后污水的再利用并非一個新鮮事。自1966年，Jurong工業水廠就通過化學絮凝、砂濾、曝氣和氯氣消毒等傳統處理方法對二級處理出水進行再生，用于工業冷卻和清洗。某些企業可能會進一步處理，以生產非飲用型高純水。
　　(6) 目前，工業水的日需求量為99 000 m³。但是，工業水的水質較差因而限制了其再利用。為增大再生水的需求和使用量，PUB引進了先進的膜技術，對生活污水二級處理出水進行處理，以生產高質量的水，也即NEWater。

3 NEWater的研究

　　(7) 20世紀70年代，對使用膜技術處理二級處理出水，生產飲用水的可行性進行了研究。雖然研究表明生產飲用水技術可行，但由于當時膜技術的成本較高而沒有實施。而且當時膜技術的可靠性也差。
　　(8) 20世紀90年代，膜技術的性能和可靠性得到很大的提高。而且更重要的一點是膜技術的成本大大降低。膜技術在水處理和污水再生利用方面的應用前景更加廣闊，尤其是在美國。
　　(9) 1998年，新加坡成立了一個水再生利用研究小組，研究使用先進的膜技術對生活污水處理后出水進行再生，并將其用于補充新加坡供水資源的可行性。2000年，一座日處理量10 000立方米的示范工程－NEWater處理廠建成試車。而后通過NEWater處理廠進一步研究測試再生水質量以及先進的膜處理技術的技術可行性和運行可靠性。
　　(10) 處理工藝中使用了一個多廊道3階段凈化系統，其中包括微濾（MF）、反滲透（RO）和紫外消毒（UV）。雙膜MF/RO處理技術的選擇依據為嚴格的水質目標和美國各種類似的污水再生廠的成功經驗。NEWater處理廠的處理流程見圖1。

圖1 NEWater 處理廠的處理流程

　　表1為NEWater處理廠雙膜和UV消毒工藝的一些技術細節。
　　(11) 使用SCADA系統對工藝參數和處理廠的運行進行連續監控。處理廠完全自動化運行，只有一個運行管理人員。
　　(12) 實施了綜合的取樣和分析計劃，NEWater的水質標準執行世界衛生組織（WHO）飲用水指南以及美國環保局（USEPA）飲用水標準。指導當地以及國外機構的先進水測試實驗室進行了兩年多的試驗，主要對處理工藝的不同階段進行了廣泛深入的物理、化學和微生物測試。同時也進行了化學參數測試。總體而言，在此期間確定了190項參數和接近25 000個分析數據。
　　(13) 所生產的水被稱為 NEWater，其典型 水質見表2。

表1 NEWater處理廠處理工藝的細節 處理工藝 描述 微濾 供應商 澳大利亞的Memcor 類型 CMF – P 孔徑 0.2 mm 水的回收率 > 90 % 組數 5 每組的處理能力 115 m³/h 反沖洗間隔 30 分 清洗頻率 至少21 天 反滲透 供應商 美國Hydranautics 類型 LFC 1 水的回收率 85 % 組數 2 每組的處理能力 5,000 m³/d 清洗頻率 最少1個月 紫外消毒 供應商 Hanovia 類型 中壓 單元數 2用1備 最小劑量 80 mJ/cm²

表2. NEWater水質 水質參數 NEWater USEPA / WHO 標準

物理 濁度(NTU) < 5 5 / 5 顏色 (Hazen 單位) < 5 15 / 15 電導率 (μS/cm) < 200 沒有具體規定(- / -)

pH 7.0 – 8.5 6.5 – 8.5 / - TDS (mg/L) < 100 500 / 1000 TOC (mg/L) < 0.5 - / - 總堿度 (CaCO₃) (mg/L) < 20 - / - 總硬度 (CaCO₃) (mg/L) < 20 無可用值

化學 (mg/L) 氨氮 (as N) < 0.5 - / 1.5 氯(Cl) < 20 250 / 250 氟化物 (F) < 0.5 4 / 1.5 硝酸鹽 (NO₃) < 15 - / - 二氧化硅(SiO₂) < 3 - / - 硫酸鹽 (SO₄) < 5 250 / 250 總余氯(Cl) < 2 - / 5 總三氯甲烷 ( mg/L) < 0.08 0.08 / -

金屬(mg/L) 鋁 < 0.1 0.05 – 0.2 / 0.2 鋇 (Ba) < 0.1 2 / 0.7 硼 (B) < 0.5 - / 0.9 鈣 (Ca) < 20 - / - 銅 (Cu) < 0.05 1.3 / 2 鐵(Fe) < 0.04 0.3 / 0.3 錳(Mn) < 0.05 0.05 / 0.5 鈉(Na) < 20 - / 200 鍶 (Sr) < 0.1 - / - 鋅 (Zn) < 0.1 5 / 3 細菌學 總大腸桿菌(計數單位/100ml) 未測出 未測出 腸道病毒 未測出 未測出

　　(14) 由著名的當地和國外工程專家、生物學家、化學家和水技術人員組成了國際專家組，為水再生利用研究提供相對中立的建議，并對使用NEWater作為飲用水資源的可行性進行了評估。小組定期對測試結果和處理廠的運行進行審查和審議。專家組認為NEWater 始終能保持高質量，很好的滿足USEPA和WHO的飲用水標準要求，是一種安全、可靠和經濟可行的水資源。專家組還建議向原水庫排放NEWater，以補充新加坡的供水資源，從而實現間接的飲用型再利用。間接的飲用型再利用并非一件新鮮事，美國的部分地區已經有20多年的歷史，如南加利福尼亞州奧倫奇縣水區和北維吉尼亞Upper Occoquan Sewage Authority。

4 NEWater的大規模生產

　　(15) NEWater的研究成果表明用于生產NEWater的多廊道處理工藝能確保高質量出水的可靠性和連續性。因此，PUB制定了大規模生產和工商業非飲用型再利用的計劃。建設了兩座NEWater處理廠，總規模72 000 m³/d，2002年12月開始投入運行。2004年初準備建設規模22 000 m³/d的第三NEWater處理廠。同時計劃在新加坡西部地區和中心商業區建設第四NEWater處理廠，為工業和商業部門服務。

5 NEWater的主要應用領域

　　(16) NEWater主要直接用于非飲用型用水中，這主要是因為其超清潔特征很適合于電路板加工廠、各種工業加工和商業建筑的空氣冷凝。目前，多數NEWater用于電路板加工廠。新加坡是世界上第一個使用高質量再生水（NEWater）生產超純水用于電路板加工廠的國家。通過使用NEWater，電路板加工廠大大節約了超純水的用量。 同樣的，商業聯合體報告指出，與使用PUB水相比，冷卻塔使用NEWater 后節約了20%以上的用量。這主要是因為高質量NEWater更容易再生。同時考慮較小的維護量和較低的NEWater價格，公司不僅節約了用量，同時也節約了成本。目前的目標是到2011年的非飲用型NEWater供應量達到250,000 m³/d。
　　(17) 2003年2月后，每天向原水水庫泵送9 000m³ NEWater，進行間接的飲用型再利用。這個數據低于總耗水量的1%。NEWater在水庫中馴化混合后，經供水廠處理作為飲用水供應。這可以確保供水系統有更充足的水量和回復力。到2011年，用于補充水庫的NEWater量將逐步增加到總耗水量的2.5%。

6 結論

　　(18) 新加坡已經對使用先進的水處理技術生產達到飲用水質量標準的再生水進行了成功的權衡。將水再生應用于市政領域、將NEWater（高質量再生水）用于電路板加工廠和其他需要高質量水的工業和商業建筑物在目前尚屬前沿技術。這在世界上還是第一次。新加坡愿意與大家共享污水再生利用方面的認識和經驗及其在水和污水管理系統方面的計劃和發展。