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.bc-shanghai.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，反滲透能否在競爭激烈的鹵水濃縮市場中找到自己的出路?
隨著環(huán)境標準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發(fā)展的必然趨勢。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，在鹵水濃度測定中沒有得到廣泛的應(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)進口水濃度相當(dāng)高的時候。為了取代傳統(tǒng)的固定支出高、運行成本高的蒸發(fā)器，近兩年來陸續(xù)有許多創(chuàng)新性的系統(tǒng)設(shè)計投入市場。
創(chuàng)新的RO系統(tǒng)配置更高的工作壓力(如超過1200 psi,約8 mpa)或多級系統(tǒng)操作,總?cè)芙夤腆w(TDS)濃度高于50000 mg / L水進一步豐富TDS濃鹽水的濃度大于100000毫克/升,同時防止通量的下降和膜表面,確保過濾能力和清潔的表面膜不受影響。該工藝可顯著減少進入蒸發(fā)器或蒸發(fā)池進行進一步處理的濃鹽水的體積，達到較高的回收率。
下圖顯示了各種鹽水濃縮技術(shù)實現(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)介紹了過去10到15年,其中包括許多成功的市場化垂直降膜蒸發(fā)器(VTFF),以及向前滲透(FO)和膜蒸餾(MD)技術(shù)需要進一步優(yōu)化的基礎(chǔ)上,以市場為導(dǎo)向的應(yīng)用程序。RO相對于這些前沿技術(shù)的優(yōu)勢在于其在海水淡化領(lǐng)域的成熟應(yīng)用和操作經(jīng)驗。
以色列反滲透技術(shù)公司Desalitech在過去的兩年里在利用反滲透技術(shù)進行海水濃縮方面表現(xiàn)得非常出色。在部分脫鹽工程的實際運行中，反滲透處理后的濃水濃度可達80000 mg/L TDS。在與傳統(tǒng)RO系統(tǒng)競爭的同時，該公司的研發(fā)團隊正在努力優(yōu)化該產(chǎn)品，希望該產(chǎn)品能在1,800 psi的壓力下運行，并進一步將鹽水濃度提高到100,000 mg/L TDS。
另一項創(chuàng)新的反滲透技術(shù)來自以色列Rotec公司開發(fā)的反流技術(shù)。該技術(shù)類似于脫鹽技術(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，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)進水濃度和最終用戶對排水水質(zhì)的要求，這些解決方案可以是單個系統(tǒng)，也可以是多級串聯(lián)系統(tǒng)。
下表列出了目前市場上使用RO技術(shù)進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。一般來說，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到滲透壓力的極限，使系統(tǒng)無法進一步濃縮鹽水。針對這一挑戰(zhàn)，目前有兩個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公司所開發(fā)的多級滲透輔助反滲透（OARO, Osmotically Assisted RO）鹽濃縮蒸發(fā)器
常見的標準RO、逆流RO和正滲透FO三者的滲透原理區(qū)別如下圖所示。而這兩項技術(shù)則是通過利用不同滲透壓（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。通過這一新興的鹽濃縮蒸發(fā)設(shè)備和多級串聯(lián)的處理，出水濃度可高達250,000 mg/L TDS。這樣一來，系統(tǒng)在進行濃縮的同時，其所消耗的外加壓力也相應(yīng)降低，同時實現(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用膜及新型的膜清潔技術(shù)。
市場上也有許多技術(shù)公司采用定制化的預(yù)處理方案來應(yīng)對膜結(jié)垢和污染的問題。加拿大濃水處理專家Saltworks公司CEO Ben Sparrow先生告訴GWI：“通過將我們的高壓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。”
技術(shù)動態(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化案例，如美國頗爾（Pall）公司的DTRO（碟管式反滲透膜技術(shù)），通過將碟片式的膜片堆疊在垂直的專有容器中，可以實現(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）及美國海德能（Hydranautics）等膜制造商也推出了在高達1,800 psi的壓力下進行操作的新型卷式反滲透膜，以實現(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)依然具有顯著的運營成本優(yōu)勢，特別當(dāng)應(yīng)用于工業(yè)中常見的小規(guī)模項目中時，這一優(yōu)勢將更加突出。據(jù)相關(guān)高壓RO系統(tǒng)供應(yīng)商稱，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的零排放或脫鹽系統(tǒng)的成本壓力。
從短期來看，這一RO技術(shù)可以幫助進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，對整套系統(tǒng)進行優(yōu)化。Sparrow表示：“如果客戶打電話給我們說想要蒸發(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，客戶對蒸發(fā)器的需求可以由4臺降至1臺?！?/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中試項目中，通過采用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入結(jié)晶器。
然而，在現(xiàn)場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)勢并不大蘭州純水設(shè)備。但盡管如此，在工業(yè)小規(guī)模項目中，傳統(tǒng)蒸發(fā)器的能耗一般在35kWh/m3左右或更高。此時，能耗僅15kWh/m3的鹽濃縮器便非常具有優(yōu)勢。
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)上的進展情況、在全球不同工業(yè)行業(yè)市場中的應(yīng)用，以及未來技術(shù)優(yōu)化的趨勢展望。水處理設(shè)備 去離子水設(shè)備
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