应用资料

学习中心

宝利事管式过滤膜(TMFTM)作为关键固液分离手段用于一个零排放系统

Zero Liquid Discharge Filtration System

摘要介绍

北京首钢生物质能源科技有限公司,首钢集团的分公司之一,成立于2010年8月,注册资金4亿元,公司位于北京市门头沟区潭柘寺镇。该公式主营业务为生活垃圾无害化、减量化处理及可再生能源发电等领域。日处理能力为3000吨,年处理量100万吨。经过分类收集和分选预处理后的生活垃圾,送进4台焚烧炉,焚烧炉所产生的热能用于驱动2套30MW发电机组。一套超纯水处理系统设计建造用于为这些发电机组提供其工艺用水。

经过适当预处理的市政中水被引入这套脱盐水系统作为原水,该脱盐水制备系统包括了UF(中空纤维超滤)、2级RO(反渗透)和EDI(连续电除盐)等单元。在制备脱盐水的同时,RO同时产生一定量的浓缩液(浓盐水),这股水带走了进水中的各种溶解固体(阳离子、阴离子)。通常情况下RO的透过水和浓盐水的水量比是3:1,这意味着每生产75m3/hr的RO透过水送往后续处理设备时,须排放约25m3/hr的浓水。一般来讲这种浓水,一般只含有较高的硬度成分和较高盐分,会直接排向市政排水管网或雨水管网。但就这个生物质发电厂而言,由于地方政府的要求,不允许有废水排放。因此,客户要求一家水处理工程公司设计并建造了一套ZLD(零排放)系统专门用于处理这股浓水。在这个零排放系统中,包括了一套化学反应沉淀装置(将硬度成分转化为相应的不溶物),后面紧跟一套宝利事TMF(管式过滤膜)系统用于高效固液分离,以获得洁净的软化水用于后面的回收反渗透进行脱盐处理。而回收反渗透所产生的最终浓水,含有极高的盐分,被送往一套多效蒸发器做最终的结晶处理。  

工艺流程示意图:

工艺描述:

脱盐水制备系统中的一级反渗透的浓水被收集后送往一级反应槽,在此添加氢氧化钠将水的pH升高到11.0以上,以便水中镁离子反应形成其不溶物(氢氧化镁,在这里二氧化硅也可通过被氢氧化镁吸附或发生共沉淀反应同时形成不溶物。这些水溢流到第二反应槽,在该槽内添加氢氧化钠和碳酸钠,pH维持在10.5左右,使得钙离子形成碳酸钙沉淀物。经过两级反应沉淀之后的固液混合物溢流到管式膜浓缩槽(也成循环槽),一组循环泵(也称工艺泵)将物料送往管式膜组件(串联连接)做固液分离。在一种错流过滤的模式下,大多数料液在TMF组件和浓缩槽之间循环流动,把存在于膜管内的悬浮固体带回到浓缩槽内。滤过液(其流量等同于系统设计水量)被送往一个pH回调槽,在此加酸中和,然后溢流到一个独立的过滤水槽,短期储存后即送往后续的回收反渗透做脱盐处理。回收反渗透的产水送回到脱盐水制备系统供回用,而同时回收反渗透产生的最终浓水则被送往蒸发器做结晶处理。蒸发器结晶水也送回到脱盐水制备系统回用,蒸发所得的盐晶体运出场外处置。

在系统运行过程中,悬浮固体在浓缩槽内累积。为控制一定的固含量,一小部分浓缩液被送往板框压滤机做脱水处理,脱水机所产生的泥饼也别送出场外处置,脱离水则回流到一级反应槽继续处理。

在这个零排放系统中,最大的关注是尽可能减少废水的量,以便蒸发器的选型可以尽可能的小---因为蒸发器系统永远是代价高昂的,通常意味着极高的建设费用和运行费用。这一个独特的回收RO前处理工艺(化学软化反应+TMF过滤)可以极为高效的除去水中的硬度成分和二氧化硅,因而回收RO可在高回收率下运行。所以最后结晶所需的蒸发器规格可以很小。    

    

微滤简介:

微滤是一种错流、压力驱动的膜分离技术,用于从水中截留分离亚微米级以及更大的悬浮物颗粒。它不是像传统的死端过滤方式那样,所有液体全部压过膜表面,而是采用一种错流模式,只是一部分水透过膜成为透过水,同时大部分的水作为浓水,带着浓缩的悬浮固体颗粒回流到浓缩槽内。

下面的图片对这两个过程进行了对比。


          

                      微滤的过滤机理如下图所示:

TMF的特点和优势:

最初开发生产管式膜过滤器的目的、以及到目前为止管式膜过滤器的最广泛的应用,是作为传统的固液分离装置例如沉淀池的替代工艺。以下是宝利事管式过滤膜相比于传统沉淀池的各项优势:

  1. 宝利事管式微滤膜滤过水质远优于沉淀池出水水质。由于微滤膜过滤界面的存在,所有大于膜孔径的微粒都被截留,其滤过水水质等同于超滤产水;
  2. 由于极佳的滤过水质,宝利事管式过滤膜产水可以直接送往反渗透系统而无需其他预处理。而相对的,沉淀池出水则一般需要多介质过滤器、活性炭过滤器和超滤工艺处理之后才可以送往反渗透进行处理;
  3. 管式微滤膜系统无需混凝剂(聚合氯化铝、氯化铁、氯化亚铁、硫酸亚铁等)投加,或只需投加很少即可,同时絮凝剂(聚丙烯酰胺)也无需投加,只需投加氢氧化钠即可。取消混凝剂的投加会使得系统相较于传统沉淀池工艺来讲,减少很多的固体泥饼,并且处理水的TDS也不会大大升高;
  4. 管式过滤膜独特的错流设计使它可轻易地在2~5%的悬浮物浓度下运行。这样能产生更少的剩余污泥,并使得板框压滤机运行性能更好;
  5. 维护简单,系统可设计为自动操作,可随时从待机状态转到运行状态;
  6. 相对于传统的沉淀池而言,管式膜机架空间需求要少很多。此外,管式膜机架易于扩建,只需增设机架或增加膜组件即可扩大处理水量。

系统概况:

在脱盐水制备至系统内有2套RO单元,各自产能为75m3/hr的反渗透透过水,同时各排出25m3/hr的RO浓水,因此该零排放系统的进水水质设计为50m3/hr。下表给出了各级反渗透系统的进水和产水流量,并包含了各自相应的回收率计算结果(产水量/进水量)。整个系统的回收率为95%:总进水量为200m3/hr,最终产生了10m3/hr的终极浓水送往蒸发器结晶处理。

参数

膜系统流量及回收率

主系统RO

回收RO

整体

Feed 进水量(m3/hr)

200

50

200

产水量 (m3/hr)

150

40

190

Reject浓水量 (m3/hr)

50

10

10

Recovery回收率 (%)

75%

80%

95%

 

Reaction Tank and Concentration Tank

TMF系统:50m3/hr

膜组件规格:系统内使用了宝利事公司的管式过滤膜组件,每一组件内有37根膜管,膜壳为PVC材质,膜管直径为1/2英寸,膜孔径为0.1微米,每只组件的过滤面积为2.58平方米。

膜组件数量:该系统内设置了一个TMF机架,内含4列,每一列由12只膜组件串联而成,机架上共计有48只膜组件。

TMF系统规格:

该TMF系统内一共有4列膜组件,安装在1个机架上面,每一列都是由12只膜组件串联连接而成。各列共用1台循环泵(工艺泵)、产水流量计、反冲单元以及一套隔离用阀门。有一个共用的在线化学清洗单元(由3只清洗箱和1台气动隔膜泵组成)用来为所有4列做化洗用。系统被设计为既可各列独立做化学清洗,又可对整个机架做化学清洗。本系统内使用的管式膜组件样式如下图:

Tubular Membrane Filter

每一个组件内含有37只72英寸长的膜管,封装在PVC的膜壳内,组件和其膜管的技术规格如下表所示:

膜组件规格

膜壳直径

6英寸Sch40 PVC

产水接口(2只)

Φ2.875”×1.89”长塔台

安装需求

水平安装,2点支撑

组件长度

72”

膜管规格

单只组件内膜管数量

37只

公称内径

1/2”

公称外径

0.79”

组件总过滤面积

27.75 ft2 (2.58m2)

组件内部液体体积

透过侧体积

3.07加仑

浓缩侧体积

2.26加仑

总容积

5.33加仑

部件材质

封装

液态粘固剂

内部支撑

聚丙烯

密封圈材质

防腐剂

丙二醇

膜材质

聚偏氟乙烯

 

进料水从膜管中间流过,产水则透过膜管壁,在膜壳与膜管之间的空间内聚集。此系统中一共采用了48只膜组件。

运行状况:

系统建造工作在2013年7月份最终完成,调试随即开始,系统各项性能均达到或超过设计规格。

  • 产水水量介于45-60m3/hr之间,平均产水量大于50m3/hr。

  • 产水浊度小于0.5NTU,因此回收反渗透之前的保安过滤器滤芯并不需要经常更换。

进水中所含有的绝大多数硬度成分(钙和镁离子)、锶、钡以及二氧化硅均被有效除去,这使得RO结垢的风险完全消除,因而回收RO可在极高的回收率(80%)下运行。

总结:

在中国,这是第一套用于除硬的TMF系统。RO浓水内含有极高浓度的硬度成分(钙、镁、钡、锶)和二氧化硅,成为限制提高回收反渗透回收率的严重的影响因子。经过化学软化反应之后,这些致垢离子成分转化为各自相应的不溶物。管式过滤膜在此是作为一种极其高效的固液分离单元:所有悬浮固体都被截留,膜透过水浊度极低,因而可直接送往回收RO进行脱盐处理,无需进一步过滤处理。既然所有致垢成分都已经转化成不溶物并由TMF截留,后续的回收RO可在很高的回收率下运行。而这又意味着用来处理最终浓水的蒸发器规模可以更小一些,无论是建设费用还是运行费用都大大降低。在这个零排放系统内,管式过滤膜(TMFTM)就如同一个承前启后的纽带,把上游的化学软化反应阶段和下游的反渗透脱盐阶段串联在一起。它过滤难以处理的、高浓度固液混合液,产生出洁净的低硬度水用于RO的脱盐处理。

点击下载完整的零排放PDF文件

返回学习中心

 

 

 

 

 

Back to Learning Center