Nanostone Membrane Matters 152 - 膜产品专刊

Nanostone Membrane Matters 152 - 膜产品专刊

膜产品专刊

陶瓷超滤膜与冷却塔排污水的回用

背景

随着水资源短缺导致水费增加且用水限制条件增 多,美国西南地区的一座发电厂因此面临越来越 多的挑战。此领域中,冷却塔的耗水量通常占很 大比例。冷却塔排污水(CTBD)由于水质化学成 分复杂故对工艺设计极具挑战,往往导致投资资 本(CAPEX)和运行成本超出预期。

纳诺斯通水务受邀参加项目中试,采用创新的CM151TM块片式陶瓷超滤膜探讨技术可行性和运行效 用。陶瓷膜长期以来应用于难处理废水领域,因 其过去的高成本限制了其在传统领域的应用。纳 诺斯通水务是第一家提供高膜面积陶瓷膜的膜制 造厂家,这种陶瓷膜产品具备陶瓷的所有优点, 并且成本与聚合有机膜相当。


表 1 - CTBD测试 项目

水流类型 TSS/NTU 硅 mg/L PH SDI
原水 < 5 TSS 80-120 7-8 > 4
UF 进水 ~100 TSS 80-120 10-11 > > 4
污泥 排污水 > 5% TSS N/A 10-11 N/A
干化污 泥 > 40% TSS N/A N/A N/A
UF 产水 回用 < 0.1 NTU < 25 10-11 < 3

图2 - CM-151* 膜产品

原有系统挑战

电厂原有处理系统包括电絮凝(EC),随后是聚 合有机超滤膜系统,最后进入反渗透系统。运行 经验显示,电絮凝的金属极板寿命短于预期,聚 合有机超滤膜在 <17LMH的低流量工况下清洗频次 亦高于预期,并且UF膜的寿命缩短为只有3年。

为降低运行成本,工厂决定在RO处理前省去EC工 序。由于典型的冷却塔排污水的进水硅含量为 90-130mg/l,RO反渗透的回收率显著降低,且CIP 化学清洗和膜更换更加频繁。虽然看似减少了运 行费用,但是系统的维护和整体运营成本仍然无 法接受

图3 - CM-151* End-Cap

冷却塔排污水中其他化学成分的挑战

除了高浓度硅之外,CTBD中还含有冷却系统为阻 垢和抑制生物活性所投加的高浓度化学药剂。这 些化学物质会引起膜污堵。为了有效除硅,沉淀 工序投加的化学药剂必须能够消除CTBD进水中分 散剂和阻垢剂的作用。

通过投加适宜的化学药剂,纳诺斯通的CM-151块 片式陶瓷膜展示了其固有的稳健性能,在高悬浮 固体和富含化学物质的耐受性方面提供了重要保 障。

纳诺斯通陶两字多余解决方案

由用户建立的中试成功标准 包括:

  • 自动连续运行
  • 省略传统澄清+介质过滤工序
  • 出水二氧化硅可降至 <25 mg/l
  • 浊度可降至 <0.1 NTU 或 SDI <3

纳诺斯通水务的应用工程师成功开发了一套化学 加药处理工艺包括采用氯化镁和调高pH来去除二 氧化硅。对比传统石灰软化法,结合了高密度 污泥回流的紧凑型混合罐显著降低了成本和占 地。

在高悬浮固体耐受性方面,陶瓷膜比聚合有机 膜性能高出10倍并且可以省略传统配置的澄清 池和预处理过滤器工序。

图 4 - CTBD/CM-151 设计工艺

测试结果

测试发现膜通量优于预期的100-130 GFD (170- 220 LMH) (比有机超滤膜> 10倍)。高达90%的硅 去除率使得出水可始终低于25 mg/l的排放限值。 产水浊度也可始终保持 <0.1NTU。通过采用常规 化学加强反洗(CEBs)来控制硬度导致的结垢倾 向,从而保持通量稳定。

除硅性能图

图 5 - CTBD 硅的去除/采用陶瓷超滤UF

在应用开发过程中,测试膜经历了极端的工况条 件,包括进水TSS浓度超过600mg/L.即使在这种高 固体浓度条件,系统也能采用最小产水回流量为 20%的数值进行稳定运行。下图显示了直接过滤 模式中进水高浊度过程的系统净驱动压(NDP)性 能数据。该系统在化学清洗之前可以耐受运行在 高达5倍的初始跨膜压差5psi(0.3bar)的工况 条件。本应用案例中,系统的最大运行压力为25 psi(1.7bar)NDP,此压力远低于CM-151组件150 psi(10bar)的预估耐受数据。

图 6 - NDP 性能/ 400 NTU进水浊度

测试结果成功的满足了性能和成本双重目标,纳 诺斯通水务正与其OEM合作伙伴针对该项目提供生 产性规模的项目设计和解决方案。该项目测试的 详细技术报告正在编制中。

References