Įvadas: Dėl anglies išmetimo tikslų ir griežtų aplinkosaugos taisyklių nuotekų valymas ir išteklių pakartotinis naudojimas anglies dujinimo ir anglies chemijos pramonėje jau seniai tapo „neprivaloma“ į „privaloma“ problema.
Anglies cheminės nuotekos yra sudėtingos{0}}jose yra daug ChDS, amoniakinio azoto, bendro azoto, cianido, fenolių ir kitų nepatogių teršalų. Išvalytų nuotekų kokybė po biologinio valymo smarkiai svyruoja. Tradiciniai „daugialypės -terpės filtravimo + organinio ultrafiltravimo“ procesai kenčia dėl mažo srauto, lengvo pluošto lūžimo, dažno valymo ir trumpo eksploatavimo laiko, todėl sunku laikytis pakartotinio naudojimo reikalavimų. Ar yra technologija, kuri gali supaprastinti išankstinį apdorojimą, atlaikyti vandens kokybės svyravimus, stabiliai veikti esant dideliam srautui ir išlaikyti savo našumą ilgą laiką?
Atsakymas yra: keraminės ultrafiltravimo membranos.
Duomenys įrodo, kad keraminės ultrafiltravimo membranos gali stabiliai veikti esant dideliam 150{1}}180 LMH srautui be daugialypės terpės filtrų, kai CEB ciklas viršija 12 valandų, o CIP ciklas viršija 1 mėnesį. Srautas yra 3–4 kartus didesnis nei tradicinių organinių membranų, todėl tai neabejotinai yra „galutinis sprendimas“ pakartotiniam nuotekų panaudojimui anglies chemijos pramonėje.
I. Pakartotinis nuotekų naudojimas anglies chemijos pramonėje: trys neišvengiami skausmo taškai
Anglies cheminis nuotekų valymas paprastai atliekamas tokiu būdu: "homogenizacija → biologinis valymas → gilus filtravimas → pakartotinis naudojimas". Nors biologiniai vienetai (modifikuoti SBR) gali žymiai sumažinti ChDS ir amoniakinį azotą, nuotekos vis tiek kenčia nuo didelių drumstumo svyravimų, likutinių suspenduotų dalelių (SS) ir lengvo organinių medžiagų įsiskverbimo. Tiesioginis atvirkštinio osmoso įvedimas sukels membranos elementų užsiteršimą, dažną valymą ir sutrumpės tarnavimo laikas.
Tradiciniuose pažangiuose nuotekų valymo procesuose naudojami daugialypės terpės-filtrai ir organinio tuščiavidurio pluošto ultrafiltravimas, o tai atskleidžia tris pagrindinius faktinio veikimo trūkumus:
* **Sudėtingas išankstinis apdorojimas ir didelis plotas:** reikalingas daugialypės terpės-filtravimas ir aktyvuotos anglies filtravimas, todėl procesai ilgi, didelės investicijos ir sudėtinga priežiūra.
* **Organinės membranos yra linkusios lūžti ir prasiskverbti vandeniui:** Plastikinės membranos pluoštai yra mažo stiprumo ir lengvai lūžta, todėl gali prasiskverbti SS (suspenduotos kietosios medžiagos) ir drumstumas, užteršiant vėlesnes RO sistemas.
* **Mažas srautas ir dažnas valymas:** Darbinis srautas yra tik 50–60 LMH, CEB valymas reikalingas kas 1–2 valandas, o CIP valymas – kas 1–2 savaites, todėl prailginama prastovos ir didelės priežiūros išlaidos.
Pagrindinės nuotekų valymo problemos anglies chemijos pramonėje yra: dideli vandens kokybės svyravimai (COD 50-150 mg/L, drumstumas 2-10 NTU), sudėtinga teršalų sudėtis ir ilgalaikio stabilaus pakartotinio naudojimo reikalavimas, kurio tradiciniai procesai tiesiog negali atlaikyti.
II. Keraminės ultrafiltracijos membranos: kodėl jos pranoksta organines membranas?
Keraminės ultrafiltravimo membranos yra sukepintos iš -aliuminio oksido aukštoje temperatūroje, o tai iš prigimties turi „kietųjų savybių“. Palyginti su organinėmis ultrafiltravimo membranomis, jos turi revoliucinių pranašumų: keraminės membranos yra patvaresnės, tvirtesnės, turi didesnį srautą, jas lengviau prižiūrėti, puikiai tinka atšiaurioms anglių cheminių nuotekų sąlygoms.
III. Bandomieji-pagrindiniai rezultatai: duomenys kalba patys už save
(1) Didelio{1}} srauto stabilus veikimas
Keraminė ultrafiltravimo membrana stabiliai veikė esant 157 LMH srautui, maksimaliai pasiekdama 180 LMH, o tai 3–4 kartus daugiau nei tradicinėse organinėse membranose (50–60 LMH). Esant tokiam pačiam vandens valymo tūriui, membraninių modulių skaičius sumažinamas 75%, o tai žymiai sumažina stelažo investicijas.
(2) Itin ilgas valymo ciklas
CEB (Online Chemical Cleaning) cycle: >12 valandų/ciklas (organinės membranos 1-2 val./ciklas);
CIP (Offline Chemical Cleaning) cycle: >1 mėnuo (organinės membranos 1-2 sav./ciklas);
Valymo atkūrimo greitis: beveik 100%, membranos veikimas nepablogėja.
(3) Itin stabili prasiskverbiančio vandens kokybė
Permeato drumstumas:<0.04 NTU;
Permeate SDI:<2;
Visiškai atitinka atvirkštinio osmoso tiekimo vandens reikalavimus ir gali būti tiesiogiai pakartotinai naudojamas cirkuliuojančio vandens sistemose ir gėlinimo sistemose.
(4) Didelis atsparumas vandens kokybės svyravimams
Nepaisant didelio-dažnio ir didelių pašaro vandens ChDS ir drumstumo svyravimų, keraminės membranos prasiskverbiančio vandens kokybė išlieka stabili ir nekyla prasiskverbimo pavojaus, o tai pašalina organinių membranų problemą, kai „vandens kokybės svyravimai lemia per didelius nuotekų standartus“.
IV. Inžinerinė vertė: optimalus anglies cheminių nuotekų pakartotinio naudojimo sprendimas
Šis bandomasis bandymas nuodugniai patikrino keraminių ultrafiltravimo membranų, skirtų pakartotiniam anglių cheminių nuotekų naudojimui, inžinerines galimybes, o tai atnešė keturias pagrindines vertes:
1. Itin supaprastintas proceso srautas ir žymiai sumažintos investicijos
Panaikinus išankstinio apdorojimo įrenginius, tokius kaip skaidrintuvai, daugialypės terpės filtrai ir aktyvintosios anglies filtrai, proceso eiga sutrumpėja 60 %, grindų plotas sumažėja 50 %, o investicijos į civilinę inžineriją ir įrangą sumažėja daugiau nei 30 %. 2. Sumažėja eksploatavimo ir priežiūros kaštai, taupomas laikas ir pastangos.
Membranos tarnavimo laikas pailgėja 2-5 kartus, metinės keitimo išlaidos sumažinamos 80%;
Valymo ciklai pailginti daugiau nei 10 kartų, prastovos sutrumpėjo 90 %;
Nereikia dažnai keisti filtrų terpės ar išankstinio apdorojimo įrangos priežiūros, darbo sąnaudos sumažėja 50%.
3. Didesnis pakartotinio naudojimo greitis, vandens ir anglies dioksido kiekio mažinimas
Sistemos vandens atgavimo greitis padidėjo daugiau nei 2%, žymiai sumažėjo gėlo vandens suvartojimas, sumažėjo nuotekų išleidimas, puikiai derinant su anglies chemijos pramonės politikos „vandens tausojimo, emisijų mažinimo ir išteklių pakartotinio naudojimo“ reikalavimais.
4. Vėlesnių membranų sistemų apsauga, prailgintas tarnavimo laikas
Itin mažas drumstumas ir SDI gaminamame vandenyje, nėra teršalų prasiskverbimo, atvirkštinio osmoso/nanofiltracijos membranos valymo dažnis sumažintas 70%, tarnavimo laikas pailgėja 3-5 metais, dar labiau sumažinant eksploatavimo išlaidas.
V. Išvada: Keraminės membranos pakeis anglies cheminio nuotekų valymo kraštovaizdį
Anglies cheminio nuotekų valymo pramonė pradeda technologinę revoliuciją, kai keraminės membranos pakeičia organines membranas.
Duomenys įrodo, kad keraminės ultrafiltravimo membranos gali tiesiogiai išvalyti anglies cheminių ir biocheminių procesų nuotekas, todėl nereikia išankstinio daugialypės terpės apdorojimo{0}. Jie pasižymi dideliu pralaidumu, ilga ciklo trukme, atsparumu svyravimams ir lengvu valdymu bei priežiūra, visapusiškai pralenkdami tradicinius organinio ultrafiltravimo procesus visais aspektais.
Anglies chemijos įmonėms, pvz., anglies dujinimo, sintetinio amoniako, metanolio ir koksavimo gamykloms:
Nauji projektai: Tiesiogiai pritaikius keraminę ultrafiltravimo technologiją, vienu žingsniu pasiekiamas pakartotinis nuotekų panaudojimas;
Atnaujinimo projektai: organinį ultrafiltravimą pakeitus daugialypės terpės{0}}filtravimu, greitai pagerinami standartai ir efektyvumas.
Keraminės ultrafiltravimo membranos yra ne tik „premija“ už anglies cheminį nuotekų valymą, bet ir esminė galimybė norint pasiekti standartinį pakartotinį naudojimą, sumažinti išlaidas ir pagerinti efektyvumą!