Introducció: Impulsat tant per objectius d'emissió de carboni com per normatives ambientals estrictes, el tractament d'aigües residuals i la reutilització de recursos a la gasificació del carbó i les indústries químiques del carbó s'han transformat des de fa temps d'una qüestió "opcional" a una qüestió "obligatòria".
Les aigües residuals químiques del carbó són complexes-que contenen alts nivells de DQO, nitrogen amoníac, nitrogen total, cianur, fenols i altres contaminants recalcitrants. La qualitat de les aigües residuals tractades fluctua significativament després del tractament biològic. Els processos tradicionals de "filtració multi-multimèdia + ultrafiltració orgànica" pateixen un flux baix, una ruptura fàcil de la fibra, una neteja freqüent i una vida útil curta, cosa que dificulta el compliment dels requisits de reutilització. Hi ha una tecnologia que pugui simplificar el pretractament, suportar les fluctuacions de la qualitat de l'aigua, funcionar de manera estable amb un flux elevat i mantenir el seu rendiment a llarg termini?
La resposta és: membranes ceràmiques d'ultrafiltració.
Les dades demostren que les membranes d'ultrafiltració ceràmica poden funcionar de manera estable a un flux elevat de 150-180 LMH sense filtres multimèdia, amb un cicle CEB superior a 12 hores i un cicle CIP superior a 1 mes. El flux és 3-4 vegades superior al de les membranes orgàniques tradicionals, cosa que la converteix en la "solució definitiva" per a la reutilització d'aigües residuals a la indústria química del carbó.
I. Reutilització d'aigües residuals a la indústria química del carbó: tres punts de dolor inevitables
El tractament químic de les aigües residuals del carbó segueix normalment una ruta d'"homogeneïtzació → tractament biològic → filtració profunda → reutilització". Tot i que les unitats biològiques (SBR modificats) poden reduir significativament el DQO i el nitrogen amoníac, l'efluent encara pateix grans fluctuacions de terbolesa, sòlids en suspensió residuals (SS) i fàcil penetració de la matèria orgànica. La introducció directa d'osmosi inversa provocarà l'encrassement de l'element de la membrana, una neteja freqüent i una vida útil escurçada.
Els processos avançats tradicionals de tractament d'aigües residuals utilitzen filtres multi-multimèdia + ultrafiltració de fibra buida orgànica, la qual cosa revela tres deficiències principals en el funcionament real:
* **Pretractament complex i gran empremta:** requereix filtració multi-multimèdia i filtració de carbó actiu, la qual cosa comporta processos llargs, una inversió elevada i un manteniment complicat.
* **Les membranes orgàniques són propenses al trencament de fibres i a la penetració d'aigua:** Les fibres de membrana de plàstic tenen poca resistència i es trenquen fàcilment, provocant la penetració de SS (sòlids en suspensió) i terbolesa, contaminant els sistemes RO posteriors.
* **Baix flux i neteja freqüent:** El flux operatiu és de només 50-60 LMH, la neteja CEB es requereix cada 1-2 hores i la neteja CIP cada 1-2 setmanes, el que resulta en temps d'inactivitat llargs i costos de manteniment elevats.
Els principals problemes del tractament d'aigües residuals a les indústries químiques del carbó són: grans fluctuacions en la qualitat de l'aigua (COD 50-150 mg/L, terbolesa 2-10 NTU), la complexa composició de contaminants i el requisit de reutilització estable a llarg termini, que els processos tradicionals simplement no poden suportar.
II. Membranes d'ultrafiltració ceràmiques: per què superen les membranes orgàniques?
Les membranes d'ultrafiltració de ceràmica es sintereixen a partir de -alúmina a altes temperatures, i posseeixen inherentment "propietats bàsiques". En comparació amb les membranes d'ultrafiltració orgànica, tenen avantatges revolucionaris: les membranes ceràmiques són més duradores, més robustes, tenen un flux més alt i són més senzills de mantenir, perfectament adaptades a les dures condicions de les aigües residuals químiques del carbó.
III. Resultats bàsics a escala-pilot: les dades parlen per si soles
(1) Funcionament estable d'alt-flux
La membrana d'ultrafiltració ceràmica va funcionar de manera estable a un flux de 157 LMH, arribant a un màxim de 180 LMH, que és 3-4 vegades la de les membranes orgàniques tradicionals (50-60 LMH). Per al mateix volum de tractament d'aigua, el nombre de mòduls de membrana es redueix en un 75%, reduint significativament la inversió en bastidor.
(2) Cicle de neteja ultra-llarg
CEB (Online Chemical Cleaning) cycle: >12 hores/cicle (membranes orgàniques 1-2 hores/cicle);
CIP (Offline Chemical Cleaning) cycle: >1 mes (membranes orgàniques 1-2 setmanes/cicle);
Taxa de recuperació de la neteja: propera al 100%, sense degradació del rendiment de la membrana.
(3) Qualitat de l'aigua de permeat extremadament estable
Terbolesa del permeat:<0.04 NTU;
SDI permeat:<2;
Compleix totalment els requisits per a l'aigua d'alimentació d'osmosi inversa i es pot reutilitzar directament en sistemes d'aigua de circulació i sistemes de dessalinització.
(4) Forta resistència a les fluctuacions de la qualitat de l'aigua
Malgrat l'alta-freqüència i les fluctuacions significatives en el DQO i la terbolesa de l'aigua d'alimentació, la qualitat de l'aigua permeada de la membrana ceràmica es manté constantment estable sense risc de penetració, solucionant el problema de la indústria de les membranes orgàniques on "les fluctuacions en la qualitat de l'aigua condueixen a estàndards d'efluents excessius".
IV. Valor d'enginyeria: la solució òptima per a la reutilització d'aigües residuals químiques del carbó
Aquesta prova pilot va verificar a fons la viabilitat d'enginyeria de les membranes d'ultrafiltració ceràmiques per a la reutilització d'aigües residuals químiques del carbó, aportant quatre valors fonamentals:
1. Flux de procés extremadament simplificat i inversió significativament reduïda
L'eliminació d'unitats de pretractament com ara clarificadors, filtres multi-multimèdia i filtres de carbó actiu redueix el flux del procés un 60%, redueix l'espai en un 50% i redueix la inversió en enginyeria civil i equips en més d'un 30%. 2. Reducció de costos d'operació i manteniment, estalvi de temps i esforç
La vida útil de la membrana s'ha ampliat de 2 a 5 vegades, els costos de substitució anuals es redueixen en un 80%;
Cicles de neteja allargats més de 10 vegades, temps d'inactivitat reduït en un 90%;
Sense necessitat de reemplaçaments freqüents de mitjans de filtre o manteniment d'equips de pretractament, els costos laborals es redueixen en un 50%.
3. Augment de la taxa de reutilització, reducció d'aigua i carboni
La taxa de recuperació d'aigua del sistema va augmentar en més d'un 2%, el consum d'aigua dolça es va reduir significativament, es va reduir la descàrrega d'aigües residuals, alineant-se perfectament amb els requisits de la política de la indústria química del carbó de "conservació d'aigua, reducció d'emissions i reutilització de recursos".
4. Protecció de sistemes de membranes posteriors, vida útil ampliada
Terbolesa extremadament baixa i SDI a l'aigua produïda, sense penetració de contaminants, freqüència de neteja de membrana d'osmosi inversa/nanofiltració reduïda en un 70%, vida útil ampliada de 3 a 5 anys, reduint encara més els costos d'operació.
V. Conclusió: les membranes ceràmiques remodelaran el paisatge del tractament químic d'aigües residuals del carbó
La indústria del tractament químic de les aigües residuals del carbó està marcant el començament d'una revolució tecnològica on les membranes ceràmiques estan substituint les membranes orgàniques.
Les dades demostren que les membranes ceràmiques d'ultrafiltració poden tractar directament les aigües residuals dels processos químics i bioquímics del carbó, eliminant la necessitat de pretractament multi-multimèdia. Ofereixen un alt rendiment, temps de cicle llargs, resistència a les fluctuacions i facilitat d'operació i manteniment, superant completament els processos tradicionals d'ultrafiltració orgànica en tots els aspectes.
Per a empreses químiques de carbó com ara gasificació de carbó, amoníac sintètic, metanol i plantes de coc:
Nous projectes: l'adopció directa de la tecnologia d'ultrafiltració ceràmica aconsegueix la reutilització d'aigües residuals en un sol pas;
Projectes d'actualització: la substitució de la ultrafiltració orgànica per la filtració multi-multimèdia millora ràpidament els estàndards i l'eficiència.
Les membranes d'ultrafiltració de ceràmica no són només un "bonus" per al tractament químic d'aigües residuals de carbó, sinó una opció essencial per aconseguir la reutilització estàndard, la reducció de costos i la millora de l'eficiència!