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青岛水大会专家访谈系列(六)丨翟建文:高浓废水、难处理废水膜应用方案需要实质性技术创新

2018-5-31 12:55:15      点击:
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应用膜分离技术解决水污染和水资源的问题是许许多多环境类工程公司勤车驾熟的技术手段,此类工程设备近些年来也是遍地开花比比皆是,我国膜的使用量占世界三分之一,我们在这个领域是当然的世界第一,但是我们投入的研发力量有多少,这些已经建成的设备运行的怎么样,是不是达到了理想的效果,我国膜应用的工程与设备急需解决的都是那些问题?特别是面对我国越来越高的排放标准和越来越多的零排放工程,作为全球最大的水务公司苏伊士水务膜产品技术总监的翟建文研究员却面有难色,不敢说出一个让人放心的词。

作为多年的同事兼挚友,我就当前高浓度废水处理技术的应用和前景咨询他的看法,才酝酿出后面他谈到的看法,是近些年来我所听到的最专业水准,最真实现状分析和有科学价值的观点。如果你是这一行业的从业人员,我竭力推荐你读一下后面的论述,我相信对膜分离行业的每一位从业者来说定会受益无穷的。正值五一劳动节,我代表脱盐协会向所有奋战在我国环境保护与水处理战线上的科技工作者和工程技术人员致以节日的问候。


——中国水利企业协会脱盐专业委员会

会长 郭有智



翟建文

苏伊士水务技术(上海)有限公司

F/M技术总监


面临污水治理难题和物料组分分离困惑的用户希望采用膜技术能够解决所有的问题,膜方案开发者在用户的鼓励下有将任何一种流体混合物注入膜系统的冲动,但典型的膜技术应用领域成功案例都是相当严谨的,新的应用需要适用的膜元件和能够解决膜污染、介质兼容性、工艺兼容性和可靠稳定性等工程化问题的系统工艺设计和辅助设备配置,核心在于要有创新技术思路才能克服那些原本看起来无法逾越的障碍。


传统上,液体分离膜技术应用领域划分为工业分离和水处理。工业分离在制药、食品和化工领域已有多年的经验累计和相对成熟的设计规范,在具体项目上需要按照试验结果和实际上下游工艺衔接进行优化设计。水处理工程公司即整体解决方案供应商并没有工艺开发研究的传统,习惯做法是依赖膜生产厂家提供的设计导则和计算书,在项目调试运行和维护中离不开膜产品技术手册。


可以说对于传统的典型水质比如井水、优良地表水、达标市政排放水及海水等,本来其水质成分相对稳定简单,又经过了几十年的工艺完善和工程实践,按图索骥一般都是可靠的。但现在我们现在往往面临的不仅仅是高浓度废水和其他工艺不适宜处理的难处理废水,还要无限逼近零排放,比如各行业的中水RO浓水、脱硫废水、垃圾渗沥液、化工制药废水、废酸废碱和油田高温采出水等,COD、TDS、难溶盐指数、pH和温度等指标完全不在厂家设计导则在规范范围内,图册未绘、骥之安在?


常见的做法基本上还是沿用水处理策略,通过不计代价的氧化、软化和絮凝过滤等预处理使水质尽量靠近传统设计导则,然后按TDS范围走苦咸水RO、海水RO等分段设计模式。海水膜浓缩之后膜厂家的规则又一次失效了,就去找那些特别在其他领域成功应用的高浓度技术比如DTRO和ED等,但实际上DTRO的主要优势在于宽流道大错流抗污染能力较强,高压高盐并非其优势,ED在日本是成熟的制盐浓缩工艺,对于零排放所要面对的高COD高难溶盐的复杂水质未必适用。这样的设计模式,虽然造价高昂、运行耗费惊人,比如脱硫废水的吨水造价50-100万元,运行成本吨水50-100元,有多少业主能够负担得起如此巨额费用呢?


用户和工艺工程师往往认为昂贵的投资和复杂的多环节工艺就是保守的设计,可以应对一些未知的风险,保证系统的可靠性,但难处理废水零排放是一个新课题,任何未经长期运行验证的技术设备都是存疑的。猎鹰9可回收火箭的发射费用降低了百倍,猎鹰重型60吨的推力实质性推动火星登陆的可能性,这个纯粹属于针对性的技术创新。但颠覆性的新技术会遇到Too good to be true的质疑,改变市场潜规则需要时间和耐心。


 


下面是我主导的几个改进和新开发工艺项目,这些工作都是在公司平台上团队作业的结果,特别是从GEWPT到SWTS一贯传承的创新文化,在新产品和解决方案开发过程中,研发中心+工厂+合作伙伴+终端用户多方协作的资源整合优势,是我们在面对工程技术难题攻关时屡战屡胜的关键。

1. 首钢中水超滤工艺改造


该系统于2002年建成投产,可能是当时最大的中空纤维超滤膜工业污水回用系统,处理量200m3/h。一开始就面临着严重的膜污染,清洗周期只有2-3天,而且化学清洗效果很差,首钢、海德能及EPC各方都付出了很大努力未果。2004年初通过现场试验找到了优化絮凝改善超滤膜的反洗性能的方法,在第三季对工业装置进行了改进,实际上只是对原有的絮凝剂加药系统和超滤的运行模式进行了简单的调整,并没有其他的硬件投入。改进后该系统连续运行了8个多月都未进行化学清洗,将一个失败案例变成了成功典范。


2. 高回收率纳滤HCR及强化分盐NaCl Pass


在来及渗沥液纳滤成功应用基础上,开发了HCR专有高回收率系统工艺,将之前主要应用于工业分离的纳滤膜系统推广到焦化废水、煤化工废水、制药废水及零排放预处理等大规模难处理废水项目中,系统回收率一般都在85%以上。开始在纳滤主要作为零排放预处理的COD去除和部分脱盐工艺,之后演化为分盐工艺,在此基础上开发的专利保护强化分盐工艺NaCl Pass将纳滤膜对于一价盐的负截留效果发挥到极致,在纳滤浓缩液中氯化钠浓度可以降到原水的20-30%。


3. 钛白粉酸性废水回收系统


设计处理量3500m3/d的膜法系统2017年11月调试成功,该项目是全世界第一套大规模应用的纳滤+反渗透工艺实现废酸净化+酸浓缩+水回收的工业项目,废酸为钛白粉生产二洗水,硫酸浓度4-6%,亚铁4000-7000mg/l,要求纳滤浓水达到10%,即纳滤的回收率必须达到90%,浓水中的亚铁浓度高达35000-50000mg/l,相当于硫酸亚铁90-130g/l,纳滤产水为除铁稀硫酸,经过反渗透浓缩后要达到10%以上,反渗透产水要求铁含量低于0.3mg/l。实际调试运行数据表明,设备的运行处理达到设计处理量的120-130%,浓缩及产水指标完全达标,最终反渗透产水铁含量小于0.1mg/l。


4. HP系列超高压膜元件及高温高压膜元件


GE/苏伊士2015年以来陆续推出了基于HP结构技术的超高压、高温高压系列膜元件,超高压反渗透膜Industrial RO HP膜元件的最高压力为120bar@25℃,高温高压Duratherm HP系列可达到80bar@50℃及50bar@80℃,使高盐浓缩、高温高盐水处理及25%硫酸应用成为可能,大大拓展了膜浓缩技术的应用范围。由于膜技术非相变分离的节能优势,超高压膜在工业物料的浓缩应用中方兴未艾。


5. 超浓反渗透ROTOWER


2013年以来历经数年开发的超浓反渗透ROTOWER专有系统设计技术,基于高压/超高压反渗透膜元件优化组合设计,系统最高操作压力低于浓缩液渗透压10-40bar,在100bar下可以将氯化钠浓缩到140g/l以上,摆脱了传统的逐段增压高盐系统设计,在浓缩2倍以内时采用等压浓缩无需增压泵,浓缩2-4倍只要一台增压泵,方便设计选型、制造和运行管理成本优势明显。

2017年上半年第一个ROTOWER系统在制药废水零排放中调试投运,终端浓缩系统只有50bar,实际上EPC按其他供应商高压膜产品试验结果配置了120bar的高压泵!目前已有30多个项目采用该设计,其中10多个已经投运。

我是一个爱在实验室鼓捣的人,与社交娱乐相比较,我更喜欢在研究试验中和我的同事一起寻找灵感,许多时候经过千百次试验和苦思冥想后的豁然发现,这样的乐趣是别人无法体会到的,久而久之,我也想把自己的收获与行业共享,这也是我为行业服务的同时为国家的环境事业发展做点贡献,期待着在青岛水大会上与大家交流一下!

 
转自微信公众号脱盐中心