Nanostone Membrane Matters 154 - Nanostone CM-151* - 实现预处理要求降低及回收率提高

Nanostone Membrane Matters 154 - Nanostone CM-151* - 实现预处理要求降低及回收率提高

Nanostone CM-151* - 实现预处理要求降低及回收率提高

背景介绍

与有机膜相比,陶瓷膜具有公认的高可靠性。陶 瓷所具有的化学品耐受性、温度稳定性、机械强 度及本身所具有的高通量都使陶瓷膜性能得到显 著提升。此外,Nanostone创新性的CM-151*陶瓷 超滤膜组件与有机膜组件实现成本平价。综合以 上两点,陶瓷膜现已成为主流水处理应用领域切 实可行的工艺选择。

图1 - Nanostone CM-151 膜组件端视图

Nanostone陶瓷膜的另一主要特征是提高了回收 率。 CM-151* 膜组件比传统有机超滤膜回收率高 的主要原因有下面三点:

表1 - 回收率得到提升的主要原因

回收率得到提升的三个主要原因
  • 更高的TSS(总悬浮固体)限值
  • 更高的压力限值
  • 更高的化学品耐受性

亲水性和膜抗污染性

由于陶瓷膜具有高TSS(总悬浮固体)限值,膜 表面可承受更高的悬浮固体累积浓度,这使每个 过滤周期得以延长。其次,陶瓷膜所允许的高压 力限值可使其在更高的压力下承受更为苛刻的清 洗方式以及在更短的时间内通过更 大的流量。 Nanostone CM-151 膜组件额定跨膜压差高达 100 psi ( 7 bar) 。最后,陶瓷膜本身具有的高化 学品耐受性使其可采用多种化学清洗方式以保证 膜渗透性的稳定。在更宽的操作范围和更为苛刻 的清洗方式下,我们在一些案例中观测到了高达 99%的回收率。

图2 - Nanostone CM-151 膜组件外形图

水回收成本

陶瓷膜的高回收率在Nanostone CM-151* 陶瓷超 滤膜与一工业废水回用设施中现有有机超滤膜的 对比评估中得到验证。为克服进水悬浮固体负荷 高时造成的冲击,有机超滤系统在90%的平均回 收率下运行。 而同样的进水,Nanostone CM-151* 陶瓷超滤膜中试系统的回收率持续稳定地达 到了97%。使用陶瓷超滤系统所实现的年度制水 节省费用汇总分析见表2。此成本分析同时考虑 了废水回用设施中的原水成本,以及与有机超滤 系统相比陶瓷超滤系统回收率提高了7%的因素。

成本分析 - 续

有机超滤系统 Nanostone CM-151* 超滤系统
流量(GPD加仑/天,m3/hr) 2.3 MGD, 363 m3/hr
超滤系统回收率 % 90% 97%
反渗透系统回收率 % 75% 75%
总回收率 % 68% 73%
原水成本 $1.58 USD / 1,000 Gal $0.42 USD / m3,
年度制水成本 $431, 130 USD $361,467 USD
年度耗水量 273M Gal / Yr. 103M m3 / Yr. 229M Gal / Yr. 0.87M m3 / Yr.
节省成本 x 44M Gal. / Yr.17M m3 / Yr. $69,643 USD / Yr.

表2 - 不同超滤系统回收率下的制水成本对比


如表2所示,即使是不太显著的回收率提升幅度 也可转化为每年将近70,000美元的费用节省和超 过4000万加仑(151,416 m3)的水消耗节省。 高回收率所带来的额外运行成本效益还包括废水 排放成本的减少。

为什么预处理系统需要设相关的预处理设 施?

水处理工程师普遍遵循下述工程设计原则,即水 处理厂成功运行的关键之一在于工艺流程中的核 心工艺得到适当的预处理。事实上,超滤、离子 交换和反渗透系统运行效果不佳的根本原因往往 可以追溯到预处理工艺设计不足或运行不佳。 反渗透使用超滤作为预处理,而超滤使用澄清池 和多介质过滤器作为预处理是相当普遍的做法。 过去,经预处理后进入有机超滤膜的水质一般要 求TSS/浊度小于100NTU的限值。

陶瓷超滤膜本身所具有的可靠性提高了TSS限值 并往往可在无有机超滤膜所需的预处理措施下运 行。鉴于水损与工艺流程中的每项处理措施相 关,前端预处理措施的设计流量需比整个系统的 产水量高出许多。因此,超滤预处理措施的取消 可使系统占地大幅减少,从而使基建投资和运行 成本大幅降低。


表3 - 水处理工艺措施

下面的例子对有机超滤系统和陶瓷超滤系统在一 典型工业废水回收系统中各自所需预处理措施的 基建投资成本及其对水回收率产生的影响进行了 比较。

有机超滤系统 Nanostone CM-151* 超滤系统
多介质过滤系统回收率 %
超滤系统回收率%
预处理系统总回收率 %
95%
95%
90%
N/A
95%
95%
澄清池、多介质过滤器和 超滤的单位投资成本(美 元/加仑/天) $0.53 USD/GPD $0.49 USD/GPD

表4 - 预处理回收率和成本分析

References