反滲透技術(shù)在鹽水濃縮中的應(yīng)用
【蘭州純水設(shè)備http://www.firstclub.org.cn】反滲透作為一種全球性的海水淡化技術(shù)，在鹵水濃縮領(lǐng)域也十分活躍。在眾多替代蒸發(fā)器技術(shù)的背景下，反滲透能否在競(jìng)爭(zhēng)激烈的鹵水濃縮市場(chǎng)中找到自己的出路?
隨著環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的不斷收緊和排放成本的不斷提高，海水淡化和零排放已成為未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。傳統(tǒng)的反滲透(RO)技術(shù)由于采收率的限制蘭州純水設(shè)備，在鹵水濃度測(cè)定中沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用。然而，隨著新技術(shù)的誕生，這種情況正在發(fā)生逆轉(zhuǎn)，特別是當(dāng)進(jìn)口水濃度相當(dāng)高的時(shí)候。為了取代傳統(tǒng)的固定支出高、運(yùn)行成本高的蒸發(fā)器，近兩年來(lái)陸續(xù)有許多創(chuàng)新性的系統(tǒng)設(shè)計(jì)投入市場(chǎng)。
創(chuàng)新的RO系統(tǒng)配置更高的工作壓力(如超過(guò)1200 psi,約8 mpa)或多級(jí)系統(tǒng)操作,總?cè)芙夤腆w(TDS)濃度高于50000 mg / L水進(jìn)一步豐富TDS濃鹽水的濃度大于100000毫克/升,同時(shí)防止通量的下降和膜表面,確保過(guò)濾能力和清潔的表面膜不受影響。該工藝可顯著減少進(jìn)入蒸發(fā)器或蒸發(fā)池進(jìn)行進(jìn)一步處理的濃鹽水的體積，達(dá)到較高的回收率。
下圖顯示了各種鹽水濃縮技術(shù)實(shí)現(xiàn)的TDS平均濃度，其中反滲透(Counter reverse osro)可以將鹽水濃縮到與蒸發(fā)器相近的濃度蘭州純水設(shè)備，這也使得反滲透技術(shù)在鹽水濃縮領(lǐng)域具有更大的發(fā)展?jié)摿Α?/span>
技術(shù)概述
除了RO,許多新興的膜鹽水濃度技術(shù)介紹了過(guò)去10到15年,其中包括許多成功的市場(chǎng)化垂直降膜蒸發(fā)器(VTFF),以及向前滲透(FO)和膜蒸餾(MD)技術(shù)需要進(jìn)一步優(yōu)化的基礎(chǔ)上,以市場(chǎng)為導(dǎo)向的應(yīng)用程序。RO相對(duì)于這些前沿技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于其在海水淡化領(lǐng)域的成熟應(yīng)用和操作經(jīng)驗(yàn)。
以色列反滲透技術(shù)公司Desalitech在過(guò)去的兩年里在利用反滲透技術(shù)進(jìn)行海水濃縮方面表現(xiàn)得非常出色。在部分脫鹽工程的實(shí)際運(yùn)行中，反滲透處理后的濃水濃度可達(dá)80000 mg/L TDS。在與傳統(tǒng)RO系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)的同時(shí)，該公司的研發(fā)團(tuán)隊(duì)正在努力優(yōu)化該產(chǎn)品，希望該產(chǎn)品能在1,800 psi的壓力下運(yùn)行，并進(jìn)一步將鹽水濃度提高到100,000 mg/L TDS。
另一項(xiàng)創(chuàng)新的反滲透技術(shù)來(lái)自以色列Rotec公司開(kāi)發(fā)的反流技術(shù)。該技術(shù)類(lèi)似于脫鹽技術(shù)，它提供了高產(chǎn)量的解決方案，以取代或修改傳統(tǒng)的RO系統(tǒng)。與此同時(shí)，反滲透濃縮水處理的許多新技術(shù)正在全面發(fā)展，有的采用間歇式處理，有的采用高壓處理。根據(jù)進(jìn)水濃度和最終用戶(hù)對(duì)排水水質(zhì)的要求，這些解決方案可以是單個(gè)系統(tǒng)，也可以是多級(jí)串聯(lián)系統(tǒng)。
下表列出了目前市場(chǎng)上使用RO技術(shù)進(jìn)行鹽水濃縮的一些領(lǐng)先公司及其產(chǎn)品:
這些技術(shù)所使用的系統(tǒng)配置通常包括鹽水預(yù)處理技術(shù)水處理設(shè)備、定制膜過(guò)濾系統(tǒng)、新型膜清洗方案、新型排鹽水系統(tǒng)、高壓工況、循環(huán)泵、能量回收裝置等。一般來(lái)說(shuō)，反滲透將鹽溶液濃度限制在較高倍數(shù)的主要原因是施加的壓力達(dá)到滲透壓力的極限，使系統(tǒng)無(wú)法進(jìn)一步濃縮鹽水。針對(duì)這一挑戰(zhàn)，目前有兩個(gè)頗具前景的新興技術(shù)，可將鹽水濃縮至高于高壓反滲透的濃度水平：
戈潤(rùn)環(huán)保（Gradiant Corporation）的逆流反滲透（CFRO，Counterflow RO）鹽濃縮蒸發(fā)技術(shù)
土耳其Hyrec公司所開(kāi)發(fā)的多級(jí)滲透輔助反滲透（OARO, Osmotically Assisted RO）鹽濃縮蒸發(fā)器
常見(jiàn)的標(biāo)準(zhǔn)RO、逆流RO和正滲透FO三者的滲透原理區(qū)別如下圖所示。而這兩項(xiàng)技術(shù)則是通過(guò)利用不同滲透壓（正滲透與反滲透）的原理，在反滲透膜出水端添加少量鹽溶液，以維持RO膜進(jìn)料端和滲透端的鹽水濃度，從而有效降低膜兩側(cè)的壓力差。通過(guò)這一新興的鹽濃縮蒸發(fā)設(shè)備和多級(jí)串聯(lián)的處理，出水濃度可高達(dá)250,000 mg/L TDS。這樣一來(lái)，系統(tǒng)在進(jìn)行濃縮的同時(shí)，其所消耗的外加壓力也相應(yīng)降低，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的目的。
澳大利亞公司Osmoflo是推出反滲透膜濃縮解決方案的公司之一，其鹽水濃縮濃度高于100,000 mg/L TDS。Osmoflo于2014年推出其濃鹽水處理設(shè)備OBS（Osmoflo Brine Squeezer）,使用了可熱降解的涂層專(zhuān)用膜及新型的膜清潔技術(shù)。
市場(chǎng)上也有許多技術(shù)公司采用定制化的預(yù)處理方案來(lái)應(yīng)對(duì)膜結(jié)垢和污染的問(wèn)題。加拿大濃水處理專(zhuān)家Saltworks公司CEO Ben Sparrow先生告訴GWI：“通過(guò)將我們的高壓Xtreme RO解決方案與公司的BrineRefine系統(tǒng)（不使用混凝劑的化學(xué)軟化）相結(jié)合，可以成功將水質(zhì)調(diào)節(jié)至更加‘反滲透友好’的水平?！?/span>
技術(shù)動(dòng)態(tài)
目前，高壓反滲透的相關(guān)技術(shù)已經(jīng)取得了不少成功的市場(chǎng)化案例，如美國(guó)頗爾（Pall）公司的DTRO（碟管式反滲透膜技術(shù)），通過(guò)將碟片式的膜片堆疊在垂直的專(zhuān)有容器中，可以實(shí)現(xiàn)大于傳統(tǒng)卷式反滲透膜三倍甚至更高的回收率蘭州純水設(shè)備。這一技術(shù)目前多用于垃圾滲濾液等難處理污水的處理。
除了碟管式的RO技術(shù)之外，杜邦水處理公司（由杜邦與陶氏合并成立）及美國(guó)海德能（Hydranautics）等膜制造商也推出了在高達(dá)1,800 psi的壓力下進(jìn)行操作的新型卷式反滲透膜，以實(shí)現(xiàn)更高的脫鹽率。
即使在較高的操作壓力下，與傳統(tǒng)的鹽濃縮器相比，這些高壓RO系統(tǒng)依然具有顯著的運(yùn)營(yíng)成本優(yōu)勢(shì)，特別當(dāng)應(yīng)用于工業(yè)中常見(jiàn)的小規(guī)模項(xiàng)目中時(shí)，這一優(yōu)勢(shì)將更加突出。據(jù)相關(guān)高壓RO系統(tǒng)供應(yīng)商稱(chēng)，與傳統(tǒng)的熱蒸發(fā)器相比，這些新的高壓RO系統(tǒng)僅需消耗約50%的能源，顯著緩解了以昂貴著稱(chēng)的零排放或脫鹽系統(tǒng)的成本壓力。
從短期來(lái)看，這一RO技術(shù)可以幫助進(jìn)一步縮小下游所需蒸發(fā)器的容量及尺寸大小，如Saltworks公司巧妙地將RO鹽水濃縮器與其現(xiàn)有的蒸發(fā)-結(jié)晶技術(shù)相結(jié)合，對(duì)整套系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。Sparrow表示：“如果客戶(hù)打電話(huà)給我們說(shuō)想要蒸發(fā)器水處理設(shè)備，我們通常發(fā)現(xiàn)在我們RO鹽濃縮器的輔助下，客戶(hù)對(duì)蒸發(fā)器的需求可以由4臺(tái)降至1臺(tái)?！?/span>
在某些情形下，使用RO鹽濃縮器甚至可以不安裝小容積蒸發(fā)器，直接將RO濃水導(dǎo)入結(jié)晶器進(jìn)行處理。在沙特海水淡化公司（SWCC）一處理能力為100 m3/d的SWRO中試項(xiàng)目中，通過(guò)采用Hyrec公司的RO濃縮設(shè)備，每天可產(chǎn)水70立方米，剩下的濃鹽水則直接進(jìn)入結(jié)晶器。
然而，在現(xiàn)場(chǎng)有熱源可供利用的條件下，由于蒸發(fā)器所需的能耗大幅降低，RO-結(jié)晶器的系統(tǒng)與蒸發(fā)-結(jié)晶器的系統(tǒng)相比優(yōu)勢(shì)并不大蘭州純水設(shè)備。但盡管如此，在工業(yè)小規(guī)模項(xiàng)目中，傳統(tǒng)蒸發(fā)器的能耗一般在35kWh/m3左右或更高。此時(shí)，能耗僅15kWh/m3的鹽濃縮器便非常具有優(yōu)勢(shì)。
本文節(jié)選并翻譯自GWI最新6月刊技術(shù)板塊（Chief Technology Officer ）中的特色全球技術(shù)概覽文章（Market Map）。原文同時(shí)深度剖析了杜邦、海德能、Osmoflo、Saltmaker、Gradiant、Hyrec、Aquatech等公司在反滲透膜濃縮技術(shù)上的進(jìn)展情況、在全球不同工業(yè)行業(yè)市場(chǎng)中的應(yīng)用，以及未來(lái)技術(shù)優(yōu)化的趨勢(shì)展望。水處理設(shè)備 去離子水設(shè)備
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