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环保设备/水处理设备 |
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膜技术在工业污水处理中的应用 |
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作者：Thomas Roehl 来源：PROCESS《流程工业》 |
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水在工业生产中是不可或缺的，因此是否能够根据不同的工业生产需要，提供满足相应需求的工业用水，成为决定投资的一个重要因素。水资源的合理应用是全球持续发展以及经济稳步增长的基础。由于生产工艺效率和产品质量标准的不断提高，相应的水处理技术也要进行优化和革新。生产工艺与水处理技术的整合，对工艺过程来说是一个巨大的挑战。
在全球范围内，随着人口的增长和工业需求的不断增加，淡水的供应日益短缺，而且费用也日益昂贵。同时，化工厂还面临着这样的处境，就是对污水的排放要求越来越高。因此，新型水处理技术的作用变得非常关键。
在世界各地，市政污水处理厂作为供水来源的污水处理日益增多，根据再生水协会的一项统计，仅在美国，这些污水处理厂处理的污水就以每年15%的速度增长。由于工厂内部水处理再生的分散特性，在这些地方很难统计水处理量，但是根据设备供应商的估计，世界污水处理正以每年15%～20%的速度增长。不同工厂的水处理方式各不相同，即使是生产相同产品的工厂，其污水处理也可能不一样。尽管水处理方式不同，但其基本原理都是相同的，即把有用的化合物分离出来再利用，同时把对环境有害的物质分离出来，使之不对环境造成危害，然后再把这些污水进一步处理，使之达到规定的排放要求。污水处理方法包括机械过滤与分离、化学生物技术处理、澄清法、浮选法以及蒸发法等。
进行深色废水处理的纳滤工厂
膜技术应用进展
大多数工厂现在都配备了基本的水处理设施，但是要达到水再生的目的，就要涉及到更加先进的水处理工艺，如增加微滤(MF)或超滤膜(UF)，在水处理的最后阶段可根据不同的需要增加纳滤(NF)或是反渗透(RO)装置。对于需要更高纯度水的公司来说，例如在进行制药和半导体的生产操作时，需要增加离子交换或电去离子装置。平均起来，根据不同分子的类型，反渗透可以去除90%～98%溶解在水中的固体，而离子交换或电去离子装置可以更大程度地去除溶解在水中的固体，达到2ppm甚至更低的浓度。
Christ 公司的Liproline系统可用于生物制品生产工艺中产生的废水的净化，并且可实现全自动的间歇性或持续性处理
如果进行水处理时还需同时对产品和其他资源进行回收利用，那么使用膜技术进行水处理就具有很大的优势。在水资源不太缺乏的情况下，产品的回收利用就成为一个很重要的因素。Enviro-Chemie公司已经将Envopur处理单元应用到一系列不同的工业生产中，包括纺织工业、印染工业、普通化合物的生产、玻璃及陶瓷生产中。通常将膜技术与其他的一些物理化学工艺相结合来进行废水处理，如离子交换、吸收和沉淀等。作为墨西哥最大的石油精炼厂之一，Pemex公司为其Minatitl噉废水回收装置选择安装了Zenon 公司的ZeeWeed 超滤膜系统，这套水处理技术系统可以为冷却塔和精炼过程提供高质量的用水。
膜技术还可以用于水的脱盐，这也产生了一个新的市场，并且市场还在迅速扩大。滤膜作为过滤系统的主要组件，其市场竞争非常激烈。随着滤膜性能的增强和成本的降低，用户在选择滤膜及供货商时有了更大的余地，因此，这一残酷的竞争将不断地持续下去。据Koch 膜系统公司的报告称，新项目对超滤和反渗透的兴趣显著增加。在五年之前，公司的初步研究都是针对超滤和反渗透展开的，而现在，大约90%的前期研究都是针对公共水处理厂的超滤和反渗透系统进行评估，从而对用水进行循环利用，同时消除污染物的排放。
USfilter公司的Apex系统专门为制药或其他高纯度应用而设计，是一套模块化、完整的、自动化操作的纯水系统。
因地制宜的水处理解决方案
通用电气基础设施部（General Electric Infrastructure）是一个新加入水处理领域的企业，公司经过三年广泛的调查研究，发现水资源再生有着巨大的潜力，因此决定进军水处理市场。2004年，西门子（Siemens）收购了USFilter 公司。在过去的五年中，USFilter 公司已经在工厂里安装了超过一打的大型膜分离系统用于水处理再生，这些产品包括Memcor、Microfloc和General Filter等。而此前十年，安装数量是非常少的。同样也是在2004年，为电力工业提供泵、阀门及其他系统的ITT工业公司成立了Aquious-PCI Memtech 公司，在公司原有的基础上加入了并购的膜分离产品。Aquious计划通过一些新的工程项目来巩固自己在膜分离脱盐领域的重要地位，这些工程中包括为中东地区提供饮用及工业用水的项目。除了这些公司以外，SUEZ公司下属的Ondeo 工业解决方案 Hager + Els妔ser公司，Linde公司下属的 Linde-KCA-Dresden公司，Veolia Environment公司, Gromtmij公司, DHV Water公司和Membrana公司都为这个日益增长的市场提供了自己的解决方案。
膜技术的应用除了在脱盐或水资源再生方面增长非常迅速之外，基于膜分离技术的终端应用也日趋增加，这样首先可以减少污染物的排放，同时可以达到节约资源的目的。举例来说，安装有WAT-membratec公司错流微滤膜的污水生物处理厂可以去除污水中的放射性污染物。在化学工业中，通过安装膜过滤系统，还可以回收有价值的化合物进行再利用。污水处理完成以后，剩余的液体可以通过气动冲洗的方法排出系统，这大大降低了冲洗清洁用水的用量，从而可以很大程度地提高工艺的生产效率。聚丙烯膜的应用可以使操作不受pH 值的影响。 很明显，工业生产中供水和废水处理成本的日益增加，已成为众多地区安装膜分离污水处理系统的主要推动力。但在此之前，膜分离技术并不被大家所接受。有时工艺用水和污水含有研磨粉体，如在玻璃工业中，或是需要高压清洗或摩擦时，就需要安装膜分离系统。在这种情况下，UFI-TEC 公司可以为其提供解决方案，例如，在湿法筛选刚玉的工厂里，安装微滤系统可以以10m3/h的速度处理和回收研磨废水。其结果是：减少了工艺用水量，同时降低了污水处理的成本，而且使用最合适的工艺用水，还使产品的质量得到了提高，污水的排放也达到了规定的要求。
反渗透系统能够产生低TDS的水
以养猪场泥浆处理为例，这些泥浆的纯化需要多个阶段的纯化工艺处理，从不溶固体物的分离到使用反渗透膜对各种可溶性成分的分离等。UFI-TEC公司为其提供当中的一步纯化技术。其产品除了洁净的水以外，还有不同品质的肥料。WAT-membratec 公司也提供了这样的一套处理系统，即利用以农业废弃物为起始原料来产生沼气的原理处理工业发酵培养基。在这两个应用技术中，膜的使用可以把原来直接排放对环境造成危害的液体废弃物通过处理，使之再生，或是对有用的物质重新加以利用。
膜分离技术的另外一个前景在于超纯水生产系统中。比如，中国一家主要的半导体生产厂安装了Membrana 公司的Liqui-Cel 膜接触器，以此来除去溶解在水中的氧，其溶氧浓度小于十亿分之一。在半导体生产中之所以需要如此低浓度的氧含量，是因为高浓度的氧将降低触片的产率。现在膜接触器已经成为水中溶氧及CO2去除的标准配件，在高纯水及工业生产中得以广泛应用。大规格的膜接触器具有更大的膜表面积，随着流量的增大及气体排放规范的日益严格，使用膜接触器变得更加节省。超纯水系统亦可以提供无污染用水，可以用作注射用水、超临界燃煤锅炉蒸汽系统、半导体工业中的芯片清洗，另外，Christ 水处理系统也可以提供这样的水处理膜技术。
膜过滤技术及超纯水生产
膜分离技术还可以用来生产超纯水，例如锅炉用水。WAT-membratec 既可提供这样的技术，还可以提供一系列的服务，包括从最初的设计规划建议，到初步研究、计划编制、生产、自动化以及试运行，一直到由公司高素质人员所提供的对设备的日常维护。将膜接触器安装在反渗透装置和电去离子化装置之间，以此来去除CO2 ，同时除去溶解在水中的O2，使其浓度低于0.02 mg/L。因此，相同的纯水系统可以在半导体生产和透析站中使用。
根据McIlvaine公司的最新预测，到2009年世界超纯水生产系统的市场将达到40亿美元。其中，使用超纯水最多的行业是半导体工业，其市场到2009年将超过17亿美元。市场的增长主要来源于日本、韩国和中国。McIlvaine公司预计，制药工业中对超纯水生产系统的需求将以每年8%的速度增长，到2009年其市场将会达到3亿美元。而在生物技术领域，超纯水系统市场需求的增长要比整个制药行业高得多。同时，在电力行业，燃煤发电锅炉对超纯水系统的需求增长也非常迅速。最新的超临界燃煤锅炉效率非常高，同时温室气体的排放量也大为减少。由于这种锅炉的压力和温度都非常高，因此对水的纯度要求要比亚临界锅炉高得多。据McIlvaine 公司预测，到2009年燃煤锅炉对超纯水系统的市场需求将超过10亿美元。与此相比，用于汽轮机的超纯水花费只有5000万美元。
最近GE公司引进了新的滤膜材料，这种滤膜可以耐受的pH 范围为2～12，而传统的膜材可以耐受的pH 范围为4～10；同时GE还推出了可以在90℃进行操作的滤膜，在更高的温度下对热的冷凝物进行再生，这样在锅炉或其他的工艺中就不需要对水进行再次加热，同时也节省了能源。而标准的滤膜所能耐受的温度只有60℃。西门子水处理公司的USFilter 组件提供了一种膜生物反应器MemJet MBR Express，这种反应器将活性淤泥与微滤膜结合在一起，其前端有一个污水进口，在出口端有一套中空纤维膜，当污水流经反应器的同时，注入空气以提高生物反应的活性。空气的通入有两种作用，其一可以防止滤膜的污染，其二可以增加反应器内氧气的浓度。被滤膜截流的固体重新回到反应器的入口，循环再利用，这样可以保证固含量的浓度维持在10000～15000 mg/L，而传统的活性污泥处理工艺中，其固含量浓度仅有3000～5000 mg/L。由于固含量的浓度更高，所以其中的细菌处理效率也更高。从传统上来说，多数的新型处理设施首先在市政水处理站内安装，但是最近的一些水处理设施也被安装在石油精炼厂、石油化工厂以及钢铁厂中，污水处理设施的安装重心也慢慢发生了转移。(end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(3/23/2007) |
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