绿色“一带一路”技术 | 工业废水深度净化定向膜过滤技术
2020-11-19 10:11    来源:环保技术国际智汇平台

导 读

  为促进“一带一路”共建国家的环保技术交流和产业合作,推动国内外环保先进实用技术推广应用,服务绿色“一带一路”建设和打好污染防治攻坚战,在生态环境部相关部门指导下,生态环境部对外合作与交流中心和中国环境保护产业协会联合开展了2020年绿色“一带一路”技术储备库技术征集活动并形成2020年绿色“一带一路”技术储备库入选技术清单,共计54项。现开通绿色“一带一路”技术储备库技术展示专栏,陆续展示纳入技术储备库的先进实用环保技术。

 

工业废水深度净化定向膜过滤技术

 

  一、技术持有单位

  中国科学院生态环境研究中心

  倍杰特集团股份有限公司

  二、适用范围

  适用于工业废水或市政污水有机物深度处理、提标改造、水资源回收利用或零排放项目,进水COD浓度100-500mg/L。出水COD20-50 mg/L。 

  三、主要技术内容

  (一)基本原理

  针对工业废水二级出水有机污染物深度净化、膜污染控制及膜过滤浓水有机物去除需求,定向分离膜过滤技术是在较低的过滤压力下(0.5Mpa以下),采用耐氧化的疏松纳滤膜专性截留分子量大于1000Da或带负电的小分子有机物(截留效率在92%-99.8%),并保持对氯化钠、硫酸镁等无机盐的低截留率(12%-28%);同时,在过滤过程中通过采用开放流道格网,优化通量与错流速率,预氧化前处理,引入微量自由基等方法的实现对膜污染有效控制,并保持水回收率在90%以上。本技术不截留无机盐的基础上,通过与生物处理段有机结合,通过有机浓水低成本而有效地解决了传统高压膜过滤过程浓水处理成本高的问题。针对浓水中无机盐与有机物混合存在同时蒸发导致的杂盐问题,定向分离膜对有机物的专性截留进一步降低了含盐浓水中的有机物含量,提高了结晶盐的纯度,为结晶盐的资源化利用提供了保障。由此,该公司发展了废水定向膜分离工艺,为解决废水深度处理及回用过程中普遍存在的高能耗、膜污染、以及浓水出路问题提供了新的技术途径。原理示意图见图1。

(图1 工业废水深度净化定向分离膜过滤技术原理图)

  (二)技术优势

  1、专性截留有机物。膜孔径介于纳滤及超滤之间,且膜活性层带较为丰富的负电。对于利用大分子有机物分子粒径大于常规无机盐离子粒径的特性,将分子粒径比较的有机物截留在膜浓水侧,而让小分子的无机盐离子通过膜。对于二级出水中带负电的有机物,通过电荷排斥作用截留。

  2、有效遏止膜污染。在聚醚砜膜的过滤过程中通过优化过滤格网的构型,采用宽流道格网,有效提升膜表面错流速率,并结合有效的催化氧化前处理技术破坏大分子物质结构,降低污染沉积的可能。此外,将过滤通量控制在临界通量左右,控制污染物累积的速率,是过滤擦洗对污染物的横向剪切始终保持对膜污染的自清洁,防止膜污染物形成凝胶层,从而使过滤通量维持较高的水平。在氧化石墨烯膜石墨烯滤膜过滤过程中,将少量的自由基引入到氧化石墨烯膜过滤过程中,阻遏了胶体有机污染物在膜表面聚集,降低了氧化石墨烯膜的吸附性,遏止膜污染。

  3、耦合生物处理过程经济高效处理膜过滤有机浓水。针对膜过滤过程中产生的有机浓水处理需求,将浓水回流到生化段,通过难降解有机物停留时间的延长、高浓度厌氧污泥的吸附作用及必要的催化氧化预处理有效解决有机浓水问题,实现近零成本处理膜过滤有机浓水。

  4、操作压力低,设备、膜组件压力等级低,整体投资、运行成本低。

  5、在定向分离膜过滤工艺后续存在零排放需求时,通过定向分离膜过滤段截留有机物,很大程度上避免了后续脱盐反渗透的有机污染问题。

  6、定向分离膜段有机物的深度去除为后续高纯的无机盐制备创造了条件。

  四、技术指标及使用条件

  (一)技术指标

  吨水投资2000元以下。吨水运行成本0.4-0.9元/t,进水COD100-500mg/L,出水COD20-50mg/L。

  优势:投资,运行成本低,操作简单方便;

  劣势:对设计、调试要求高;

  环境影响:无二次废气等产生,环境友好。

  (二)条件要求

  该技术适用水质及行业范围广,可适用于目前大多数工业及园区,特别是难降解污水深度净化及资源化,并可用于市政污水深度净化与回用。

  (三)典型规模

  单台设备典型处理规模:非标设备,根据需要设计,50吨/天-10万吨/天均可。

  五、关键设备及运行管理

  (一)主要设备

  关键设备主要由预处理模块,定向分离膜过滤模块,有机浓水回流模块,耦合生化模块、加药模块、监控模块等组成。

  (二)运行管理

  预处理加药量根据水质人工调节;进水,进药,清洗等均为自动化运行,由控制室设定处理参数,采取DCS进行在线控制,运行过程无需人工干预。

  六、投资效益分析

  (以江苏华昌化工股份有限公司氮肥生产装置节能减排技术改造项目--气化浓水分盐工程项目定向分离段(定向纳滤段)为例)

  (一)投资情况

  总投资约0.26亿,其中设备投资费约1700万,其中定向纳滤系统投资105万。

  (二)运行费用

  总处理运行成本为43.6元/吨,其中定向系统运行成本0.8元/吨。

  (三)效益分析

  1、经济效益分析

  吨水投资2000元以下。吨水运行成本0.4-0.9元/t,本项目针对煤化工企业所产生的高盐废水经过该技术处理后,能够确保企业实现废水“近零排放”,满足环保要求,同时实现盐的分质回收,减少危险废物的产生量和处理处置成本,为企业带来较好的经济效益。 

  2、环境效益分析

  江苏华昌化工股份有限公司位于长江沿岸,该项目的实施对于该公司水处理功能链的完善具有重要意义,有效保障了该公司“零排放”进程的进行,对于长江大保护及太湖流域的水环境保持均具有意义。

  七、技术成果鉴定与鉴定意见

  (一)组织鉴定单位

  中国环境科学学会

  (二)鉴定时间

  2017年12月22日

  (三)鉴定意见

  定向设计了专性截留微量有机物的疏松纳滤膜及其主导的定向分离膜过滤技术,实现了水中微量有机物低成本深度去除。通过技术集成与智能化构建了针对性强的系列优化组合工艺系统,实现了复杂源污水特征污染物和常规污染物的协同去除与净化。

  八、推广与应用示范情况

  (一)推广情况

  “一带一路”沿线大部分国家仍面临工业化的问题,未来随着工业的发展,不可避免的存在迫切的工业废水深度处理净化需求。但现有的催化氧化、纳滤反渗透等传统技术投资或运行成本过高,在“一带一路”沿线国家推广存在经济、技术上的困难。基于这些需求及“一带一路”沿线国家的经济技术发展水平,亟需发展一批经济高效的工业废水深度净化技术,以助力于“一带一路”沿线国家水环境治理。

  本项目投资及运行成本低,技术优势明显,因此,本项管理技术实现了工业企业高效节水、提升水资源循环利用率、污(废)水的低耗处理,具有广阔的市场需求和应用场景。经过多个项目的应用实践(见表1),证实该技术工艺成熟、运行可靠,已经具备大范围工程化应用的实力,可以在“一带一路”范围内推广应用。

  (二)应用情况

  1、主要用户名录

  2、用户意见

  倍杰特集团股份有限公司与中科院生态环境研究中心所运用的定向分离膜过滤技术能够经济高效地实现有机物的深度净化及无机盐的分离。经过深度净化后可避免有机物对无机盐的污染,结晶氯化钠纯度可达96%以上,是一种经济高效的技术。

  九、专利及获奖情况

  (一)专利情况

  (二)获奖情况

  1、入选年环境保护科学技术奖一等奖,“工业集聚区污水深度净化新型技术”,2017年;

  2、入选中国石油化工集团科技进步奖,“城市达标污水利用成套技术开发及工业应用”,2018年;

  3、入选水利部综合事业局科技奖, “高含盐废水再生利用处理工程提浓改造技术推广应用”,2019年;

  4、入选北京市第六批新技术新产品“异位直接热脱附修复有机污染土壤技术服务”,2017年。

  十、技术服务方式

  本技术的设计、实施、技术配套、售后服务等可全部由中国科学院生态环境研究中心、倍杰特集团股份有限公司联合进行,高效、规范的工作保证项目保质保量地完成。该公司有专人负责售后服务,能够为客户提供最佳的售后服务。

 

  对接洽谈

  生态环境部对外合作与交流中心

  技术交流部

  联系人:孔德、费伟良

  联系电话:010-82268942/8791

  邮箱:kong.de@fecomee.org.cn