正渗透水处理技术及应用案例(沃特尔张承慈).pdf 65页

'正渗透膜分离技术展望23July2015 沃特尔WOTEER•1994年10月创立“北京沃特尔水工程责任有限公司”一直致力于中水回用、污水资源化等技术研究和工程总承包–国内第一套中水回用系统——国电邯郸电厂–国内第一套全膜法除盐系统——十里泉电厂–国内第一套脱硫废水处理系统——国华台山电厂•2013年完成对美国OasysWater公司的股权投资，引入全球最前沿正渗透膜MBC（高盐水膜浓缩）技术，主要用于高盐废水零排放和海水淡化•2013年中国机械工业集团下属公司中工国际（股票代码：002051）成为沃特尔公司控股股东–国内第一套煤化工浓盐水近零排放项目——伊泰化学–国内第一套正渗透MBC脱硫废水零排放项目——长兴电厂–国内第一套40万吨/天电厂循环水处理项目——信发铝业–国内第一套正渗透MBC煤化工废水零排放项目——中天合创–国内第一套正渗透MBC废水零排放BOT项目——阳煤太化2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd2 汇报提纲•正渗透技术基本原理与发展过程•正渗透膜浓缩(MBC)系统技术特点•MBC系统的应用业绩•总结2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd3 渗透现象红细胞在等渗溶液、低渗溶液、高渗溶液、形态变化示意图2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd4 渗透技术的发展历史•古代–咸菜、腌肉、咸鱼等•Loeb-Sourirajan时代–高分子复合渗透膜鼻祖•反渗透膜时代–Filmtec、Hydranautics、Toray、Osmonics•正渗透膜时代–Oasys、HTI、Aquaporin、Porifera2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd5 反渗透（RO）技术JAP++w+60bar30bar膜海水TDS淡化水浓缩海水TDS淡化水35000ppm70000ppm2015/7/2350BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd%回收率6 正渗透（FO）技术JAPw汲取液回收汲取液原水P=浓盐水原水渗透正渗透2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd7 正渗透膜分离过程正渗透膜法高浓盐水浓缩Membrane&FOModule2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd8 正渗透膜材料•三乙酸纤维素(CTA)–厚度50μm•聚苯并咪唑(PBI)–中空纤维NF–厚度40μm•复合正渗透膜(TFC)–厚度~100μm–机械强度高、耐药性好2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd9 汲取液的选择•溶解度高–可以产生足够的渗透压•容易浓缩回收–实现循环利用•不易反向扩散–提高使用效率•最小化内部浓差极化–增大运行通量2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd10 历年来研发FO的发表文章数2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd11 FO成为全球研究热点开发FO的公司（6家）研究FO的科研机构（>30）2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd12 正渗透技术开发现状•截至2013年4月的数据2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd13 FO与RO的区别RO水通量=A(ΔP–Δπ)FO水通量=A(Δπ–ΔP)3.02.5ΔP=3barGFD2.0FO1.51.0WaterFlux,ΔP=70bar0.5RO0.0TDS,mg/L2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd14 浓差极化现象脱盐层多孔支撑层DS,b•反渗透–外部浓缩的浓差极化pDraw,i•正渗透–外部浓缩的浓差极化–内部稀释的浓差极化Feed,i–外部稀释的浓差极化cFeed,icFeed,bFeed,b水通量对于正渗透(FO)是主要阻力cPermeate2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd15 汇报提纲•正渗透技术基本原理与发展过程•正渗透膜浓缩(MBC)系统技术特点•MBC系统的应用业绩•总结2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd16 MBC系统工艺流程MembraneBrineConcentrator正渗透膜法高浓盐水浓缩Oasys是目前唯一将正渗透技术用于处理超过50,000ppmTDS高浓盐水的公司23个专利组:6项已授权美国专利/21项申请中的美国专利,2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd1717项已授权非美国专利/191项申请中的非美国专利 MBC核心技术——正渗透膜性能参数数值单位纯水透过系数(A)1.02*10-11m/s-PaNaCl透过系数(B)5.74*10-8m/s结构参数(St1t1e1)320μm正渗透模式水通量(Jw@1MNaClvs.DI)16.4/27.8GFD/LMHNaCl截留率(反渗透模式;225psig;2,000ppm)99.1%Oasys专利–正渗透膜:US8,181,794B22015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd18 正渗透膜组件内部构造2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd19 正渗透膜性能对比由第三方机构验证:•Coday,Cath,etal.,ES&T2013•Cath,McCutcheon,etal.,Desalination2013•Straub,Elimelech,etal.,NAMS2013理想状态:2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd20 正渗透膜脱盐率和水通量测试条件：5.5MNH/CO汲取液（~350bar）32对比1000psi（69bar）压力2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd21 正渗透膜技术抗污染优势Source:Hickenbottom,etal.,JMS,2013生物污染代表：有机污染代表：无机结垢代表：胶体污染代表：海藻酸盐牛血清蛋白硫酸钙硅2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd22 正渗透膜的性能恢复1825InitialFlux,16IntensityTestGFD1420114.11214.6812314.3415414.0010515.25616.10810713.42Flux(GFD)6814.63Recovery(%)914.7045Average,GFD:14.58StDev:0.772Variance,%:5.28Ri,%:98.600Rf,%:98.70510152025Hours2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd23 MBC核心技术——汲取液•常温时极易溶解于水–20℃的100g水中碳酸铵溶解度为100g，相当于10M•高温时吸热发生分解生成CO和NH23•可逆的化学反应方程式NH+HO(NH+)+(OH-)324CO+HO(H+)+(HCO-)223NH+CO+HO(NH+)+(HCO-)322432NH+CO+HO2(NH+)+(CO2-)32243NH+CO(H+)+(NHCOO-)3222015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd24 汲取液回收精馏塔示意图冷物料DDS：稀释的汲取液CDS：浓缩的汲取液冷凝器填料CDS产水热源DDS再沸器进料泵循环泵产水泵2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd25 汇报提纲•正渗透技术基本原理与发展过程•正渗透膜浓缩(MBC)系统技术特点•MBC系统的应用业绩•总结2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd26 Oasys公司浓盐水回用业绩（美国）位置原水水质处理量回收率MarcellusShale,TDS:65,000–75,000ppmTDSPennsylvania,150bpd65%硬度:14,000mg/LasCaCO3USAPermianBasin,TDS:90,000–120,000ppmTDS150bpd60%Texas,USA硬度:3-12,000mg/LasCaCO3TDS:75,000–120,000ppmTDS4*4,000Texas,USA50-65%硬度:6-9,000mg/LasCaCO3bpd2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd27 马塞勒斯项目•在2009年，仅MarcellusShale开采产生的压裂液废水就接近76万吨。在2010年，这个数字增加至112万吨。在未来二十年，预计在Marcellus将钻探和开发5万口新的页岩气井。随着排放标准被更严格的执行，以及准许注入污水深井量的减少，面对如此严峻的挑战，急需开发一种新的压裂液废水处理方案能够充分的处理此类污水并且将其总量减至最小。2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd28 马塞勒斯项目化学加药反应絮凝澄清污泥脱水介质过滤MBC系统低压正渗透膜系统最终产水2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd29 详细水质数据(原水|产水|浓盐水)2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd30 Permian盆地项目2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd31 •位于PermainBasin的页岩气开采和生产将面临的挑战是这个区域缺乏足够的水资源以满足快速发展的页岩气开采工业和更多新的气井所需的新鲜水。既然这样，只有将旧井返回地表的压裂液进行深度处理，做为新的气井的补充水。高含盐量压裂液废水的处理主要包括初级分离、去除硬度和脱盐等。2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd32 详细水质数据(原水|MBC进水|浓水|产水)平均回收率:60%Concentration,mg/L2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd33 稳定的系统运行超强脱盐效果抗冲击性强，运行可靠产水水质超出客户预期2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd34 汲取液回收系统•控制氮碳比和CDS浓度2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd35 运行24个月后的正渗透膜组件解剖分析VirginMembraneAfterPermianDemonstration2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd36 Permian盆地项目将石化行业废水回用技术带到新的水平革命性的正渗透膜浓缩（MBC）技术获得———2013年度全球最佳水工程奖2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd37 Oasys与NOV签署合同•处理量4*25m3/h，可移动式2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd38 项目原水水质2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd39 NOV项目现场布置图2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd40 25m3/h标准MBC系统2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd41 正渗透MBC技术浓盐水回用业绩（中国）项目位置和单位原水水质处理量回收率TDS:25,000–40,000mg/L浙江省湖州市Ca:500–2,000mg/L26.4m3/h85%华能国际长兴电厂Mg:1500–3,000mg/LTDS:53,000–56,000mg/L内蒙古自治区COD:360–500mg/L鄂尔多斯市硅:5–80mg/L132m3/h78%中石化中天合创Ca:4–48mg/LMg:2–25mg/LTDS:~16,000mg/L山西省太原市COD:320mg/L阳煤集团50m3/h90%Ca:285mg/L太化清徐工业园Mg:226mg/L2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd42 国内零排放业绩国内第一套正渗透MBC脱硫废水零排放项目——长兴电厂零排放工程：脱硫废水零排放。日处理水量634吨。2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd43 原水水质序号项目单位水质12钙离子(Ca2+)mg/L1000~30001pH6～913镁离子(Mg2+)mg/L1500~30002色度(稀释倍数)30～5014总铁(Fe)mg/L10～203悬浮物(SS)mg/L≤7015总铜(Cu)mg/L≤0.54化学需氧量(COD)mg/L≤10016总汞(Hg)mg/L≤0.055氨氮mg/L15～3017总镉(Cd)mg/L≤0.16硫化物mg/L≤1.018总铬(Cr)mg/L≤1.57氟化物mg/L≤1519总砷(As)mg/L≤0.58氯根离子(Cl-)mg/L1500020总铅(Pb)mg/L≤1.09硫酸根离子(SO42-)mg/L2000-500021总镍(Ni)mg/L≤1.010全硅(SiO2)mg/L10～2022总锌(Zn)mg/L≤2.011钠离子(Na+)mg/L1500～450023TDSmg/L25000~450002015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd44 项目主要里程碑•2014年5月：项目招评标•2014年8月：最终确定进水水质范围•2014年9月：土建动工建设•由于本项目工期紧张，建设期间，安装、土建工作同步进行，调试工作与安装、土建交叉进行。•2014年11月28日，废水浓缩结晶系统的第一根钢结构吊装，至2015年3月31日，所有设备安装完成。•2015年2月10日，开始废水浓缩结晶系统的单体调试工作，至3月27日结束。•2015年3月3日，开始废水浓缩结晶系统的联体调试工作，至4月5日结晶系统顺利出盐。2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd45 工艺流程图2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd46 华能长兴电厂项目现场2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd47 华能长兴电厂项目现场2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd48 控制界面2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd49 华能长兴电厂项目现场2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd50 华能长兴电厂项目现场2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd51 运行状态•进水水质–电导20000-25000us/cm–硬度8000-15000mg/L（以CaCO计）3•进水水量：15-20t/h。2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd52 澄清池运行澄清池产水：浊度＜2NTU；硬度≈0mg/L；2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd53 两级过滤过滤器产水：（两级过滤）浊度＜0.2NTU；2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd54 反渗透运行一级反渗透产水：电导：＜1000us/cm；二级反渗透产水：电导：＜100us/cm；反渗透浓水：电导：60~80ms/cm；回收率：60-80%。2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd55 正渗透运行产水电导：<10ms/cm浓水电导：~250ms/cm浓水流量：1.5~2m3/h回收率70%2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd56 结晶器运行产盐主要成分：NaCl+NaSO，>95%24产盐含水率：<2.5-3%；经干燥后含水率：＜0.5%。2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd57 中石化中天合创国内第一套正渗透MBC煤化工废水零排放项目——中天合创日处理水量3168吨2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd58 原水水质序号项目单位水质12钙离子(Ca2+)mg/L4.1~481pH8.5~10.513镁离子(Mg2+)mg/L2.1~252温度℃15~3014总铁(Fe)mg/L0.2~53悬浮物(SS)mg/L≤10015钾离子(K+)mg/L430~5024化学需氧量(COD)mg/L360~50016总铝(Al)mg/L0.2~4.35氨根离子(NH4+)mg/L270~282.417锶离子(Sr2+)mg/L10~20.86硫化物mg/L0.02~0.618钡离子(Ba2+)mg/L0.05~0.47氟离子(F-)mg/L0.05~80.219重碳酸根(HCO3-)mg/L900~11658氯根离子(Cl-)mg/L16700~1820020硝酸根(NO3-)mg/L892~9579硫酸根离子(SO42-)mg/L15077~1531921亚硝酸根(NO2-)mg/L73~9510全硅(SiO2)mg/L4.7~7922总铜(Cu)mg/L0.02~0.711钠离子(Na+)mg/L18384~1905023TDSmg/L53570~555962015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd59 总平面布置图2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd60 PFD图2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd61 性能保证•设计规模：120m³/h•浓缩结晶装置出界区的水质：TDS≦100mg/L•结晶盐含固率≥80%•操作负荷范围：50%～110%•处理成本（水电汽）：16.211元/吨废水•设备连续运行时间：年运行8000小时2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd62 汇报提纲•正渗透技术基本原理与发展过程•正渗透膜浓缩(MBC)系统技术特点•MBC系统的应用业绩•总结2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd63 将世界上最难处理废水变成资源2015/7/23BeijingWoteerWaterTechnologyCo.,Ltd64 Thanks!地址：北京市朝阳区西大望路甲6号码电话：86-10-85617677传真：86-10-88278408手机：13439659017'