Ievads: Notekūdeņu attīrīšana un resursu atkārtota izmantošana ogļu gazifikācijas un ogļu ķīmiskajā rūpniecībā, ko nosaka gan oglekļa emisiju mērķi, gan stingri vides noteikumi, jau sen ir pārvērtusies no "neobligāta" uz "obligātu" jautājumu.
Ogļu ķīmiskie notekūdeņi ir sarežģīti{0}}, kas satur augstu ĶSP, amonjaka slāpekļa, kopējā slāpekļa, cianīda, fenolu un citu nepakļāvīgu piesārņotāju līmeni. Attīrīto notekūdeņu kvalitāte pēc bioloģiskās attīrīšanas ievērojami svārstās. Tradicionālos "multi-vides filtrēšanas + organiskās ultrafiltrācijas" procesos ir zema plūsma, viegli šķiedru plīsumi, bieža tīrīšana un īss kalpošanas laiks, kas apgrūtina atkārtotas izmantošanas prasību izpildi. Vai ir kāda tehnoloģija, kas var vienkāršot pirmapstrādi, izturēt ūdens kvalitātes svārstības, stabili darboties ar lielu plūsmu un saglabāt savu veiktspēju ilgtermiņā?
Atbilde ir: keramikas ultrafiltrācijas membrānas.
Dati pierāda, ka keramikas ultrafiltrācijas membrānas var stabili darboties pie lielas plūsmas 150{1}}180 LMH bez multivides filtriem, ar CEB ciklu, kas pārsniedz 12 stundas, un CIP ciklu, kas pārsniedz 1 mēnesi. Plūsma ir 3–4 reizes lielāka nekā tradicionālajām organiskajām membrānām, padarot to neapšaubāmi par "galīgo risinājumu" notekūdeņu atkārtotai izmantošanai ogļu ķīmiskajā rūpniecībā.
I. Notekūdeņu atkārtota izmantošana ogļu ķīmijas rūpniecībā: trīs neizbēgami sāpju punkti
Ogļu ķīmiskā notekūdeņu attīrīšana parasti notiek pēc "homogenizācijas → bioloģiskā attīrīšanas → dziļas filtrēšanas → atkārtotas izmantošanas". Lai gan bioloģiskās vienības (modificētas SBR) var ievērojami samazināt ĶSP un amonjaka slāpekli, notekūdeņi joprojām cieš no lielām duļķainības, atlikušo suspendēto vielu (SS) svārstībām un vieglas organisko vielu iekļūšanas. Tieša reversās osmozes ieviešana izraisīs membrānas elementu piesārņojumu, biežu tīrīšanu un saīsinātu kalpošanas laiku.
Tradicionālajos uzlabotajos notekūdeņu attīrīšanas procesos tiek izmantoti multi-vides filtri un organisko dobo šķiedru ultrafiltrācija, kas atklāj trīs būtiskus faktiskās darbības trūkumus:
* **Sarežģīta pirmapstrāde un liela platība:** nepieciešama multi-vides filtrēšana un aktīvās ogles filtrēšana, kas nodrošina ilgus procesus, lielus ieguldījumus un apgrūtinošu apkopi.
* **Organiskās membrānas ir pakļautas šķiedru pārrāvumam un ūdens iekļūšanai:** Plastmasas membrānas šķiedrām ir zema izturība un tās viegli plīst, izraisot SS (suspendētas cietās vielas) un duļķainības iespiešanos, piesārņojot turpmākās RO sistēmas.
* **Maza plūsma un bieža tīrīšana:** darbības plūsma ir tikai 50–60 LMH, CEB tīrīšana ir nepieciešama ik pēc 1–2 stundām un CIP tīrīšana ik pēc 1–2 nedēļām, kā rezultātā tiek paildzināts dīkstāves laiks un augstas uzturēšanas izmaksas.
Ogļu ķīmiskajā rūpniecībā notekūdeņu attīrīšanas galvenie sāpju punkti ir: lielas ūdens kvalitātes svārstības (COD 50-150 mg/L, duļķainība 2-10 NTU), sarežģīts piesārņotāju sastāvs un prasība pēc ilgstošas stabilas atkārtotas izmantošanas, ko tradicionālie procesi vienkārši nevar izturēt.
II. Keramikas ultrafiltrācijas membrānas: kāpēc tās pārspēj organiskās membrānas?
Keramikas ultrafiltrācijas membrānas tiek saķepinātas no -alumīnija oksīda augstās temperatūrās, kam pēc būtības piemīt "stingras īpašības". Salīdzinot ar organiskajām ultrafiltrācijas membrānām, tām ir revolucionāras priekšrocības: keramiskās membrānas ir izturīgākas, izturīgākas, tām ir lielāka plūsma, tās ir vienkāršāk kopjamas, lieliski piemērotas ogļu ķīmisko notekūdeņu skarbajiem apstākļiem.
III. Izmēģinājuma-mēroga pamatrezultāti: dati runā paši par sevi
(1) Augstas -plūsmas stabila darbība
Keramikas ultrafiltrācijas membrāna darbojās stabili pie 157 LMH plūsmas, sasniedzot maksimumu 180 LMH, kas ir 3–4 reizes vairāk nekā tradicionālajām organiskajām membrānām (50–60 LMH). Ar tādu pašu ūdens attīrīšanas apjomu membrānu moduļu skaits tiek samazināts par 75%, ievērojami samazinot statīva ieguldījumus.
(2) Īpaši-ilgs tīrīšanas cikls
CEB (Online Chemical Cleaning) cycle: >12 stundas/cikls (organiskās membrānas 1-2 stundas/cikls);
CIP (Offline Chemical Cleaning) cycle: >1 mēnesis (organiskās membrānas 1-2 nedēļas/cikls);
Tīrīšanas atgūšanas ātrums: gandrīz 100%, bez membrānas veiktspējas pasliktināšanās.
(3) Īpaši stabila caurlaidīgā ūdens kvalitāte
Caurlaidības duļķainība:<0.04 NTU;
Permeāts SDI:<2;
Pilnībā atbilst reversās osmozes padeves ūdens prasībām, un to var tieši atkārtoti izmantot cirkulācijas ūdens sistēmās un atsāļošanas sistēmās.
(4) Spēcīga izturība pret ūdens kvalitātes svārstībām
Neraugoties uz augsto-biežumu un ievērojamām barības ūdens ĶSP un duļķainības svārstībām, keramiskās membrānas caurlaidīgā ūdens kvalitāte paliek nemainīgi stabila, neradot iespiešanās risku, tādējādi novēršot organisko membrānu problēmu, kur "ūdens kvalitātes svārstības rada pārmērīgus notekūdeņu standartus".
IV. Inženiertehniskā vērtība: optimāls risinājums ogļu ķīmisko notekūdeņu atkārtotai izmantošanai
Šis izmēģinājuma tests rūpīgi pārbaudīja keramikas ultrafiltrācijas membrānu inženierijas iespējamību ogļu ķīmisko notekūdeņu atkārtotai izmantošanai, nodrošinot četras pamatvērtības:
1. Ļoti vienkāršota procesa plūsma un ievērojami samazinātas investīcijas
Priekšapstrādes vienību, piemēram, dzidrinātāju, multi-vides filtru un aktīvās ogles filtru likvidēšana saīsina procesa plūsmu par 60%, samazina grīdas platību par 50% un samazina investīcijas inženierbūvē un iekārtās par vairāk nekā 30%. 2. Samazinātas ekspluatācijas un uzturēšanas izmaksas, ietaupot laiku un piepūli.
Membrānas kalpošanas laiks pagarināts 2-5 reizes, ikgadējās nomaiņas izmaksas samazinātas par 80%;
Tīrīšanas cikli pagarināti vairāk nekā 10 reizes, dīkstāves laiks samazināts par 90%;
Nav nepieciešama bieža filtru materiālu nomaiņa vai pirmapstrādes iekārtu apkope, darbaspēka izmaksas samazinātas par 50%.
3. Palielināts atkārtotas izmantošanas līmenis, ūdens un oglekļa samazināšana
Sistēmas ūdens atgūšanas ātrums palielinājās par vairāk nekā 2%, ievērojami samazinājies saldūdens patēriņš, samazināta notekūdeņu izplūde, kas lieliski atbilst ogļu ķīmiskās rūpniecības politikas prasībām par "ūdens saglabāšanu, emisiju samazināšanu un resursu atkārtotu izmantošanu".
4. Sekojošo membrānu sistēmu aizsardzība, pagarināts kalpošanas laiks
Ārkārtīgi zema duļķainība un SDI saražotajā ūdenī, nav piesārņotāju iespiešanās, reversās osmozes/nanofiltrācijas membrānas tīrīšanas biežums samazināts par 70%, kalpošanas laiks pagarināts par 3-5 gadiem, vēl vairāk samazinot ekspluatācijas izmaksas.
V. Secinājums: keramikas membrānas pārveidos ogļu ķīmiskās notekūdeņu attīrīšanas ainavu
Ogļu ķīmiskā notekūdeņu attīrīšanas nozare ievada tehnoloģisku revolūciju, kurā organiskās membrānas aizstāj keramikas membrānas.
Dati pierāda, ka keramikas ultrafiltrācijas membrānas var tieši attīrīt ogļu ķīmisko un bioķīmisko procesu notekūdeņus, tādējādi novēršot nepieciešamību pēc multi{0}}vides pirmapstrādes. Tie piedāvā lielu caurlaidspēju, ilgu cikla laiku, izturību pret svārstībām un vieglu darbību un apkopi, visos aspektos pārspējot tradicionālos organiskās ultrafiltrācijas procesus.
Ogļu ķīmijas uzņēmumiem, piemēram, ogļu gazifikācijas, sintētiskā amonjaka, metanola un koksēšanas rūpnīcām:
Jauni projekti: Keramiskās ultrafiltrācijas tehnoloģijas tieša ieviešana nodrošina notekūdeņu atkārtotu izmantošanu vienā solī;
Jaunināšanas projekti: organiskās ultrafiltrācijas aizstāšana ar multivides{0}}filtrēšanu ātri uzlabo standartus un efektivitāti.
Keramikas ultrafiltrācijas membrānas ir ne tikai "bonuss" ogļu ķīmiskajai notekūdeņu attīrīšanai, bet arī būtiska iespēja standarta atkārtotai izmantošanai, izmaksu samazināšanai un efektivitātes uzlabošanai!
