(قسمت 3/6)++++
Concentration in ZLD systems using membrane technology
بعد از آن که پسابهای مختلف با روشهای مرتبط نظیر اکسیداسیون به کیفیتی رسید که قابل ورود به سیستمهای غشایی نظیر RO، UF و NF باشند در این سیستمها وارد می شوند. در این مرحله با استفاده از تکنولوژی غشایی تا حد امکان تغلیظ می گردد. راندمان این مرحله تا 98 درصد نیز قابل حصول است. تا راندمان 75 تا 80 درصد سیستمهای غشایی معمولی کارایی خوبی دارند و در عین حال اقتصادی هستند ولی برای راندمانهای بالاتر باید سیستم های غشایی را به روز رسانی کرد. شرکتهای مختلف برای این عملیات سیستمهای خاص خود را پیشنهاد کرده اند که در اینجا ما برخی از آنها رو بررسی می کنیم.
الف – HERO – High Efficiency Reverse Osmosis
اسمز معکوس با راندمان بالا یک فناوری اسمز معکوس است که به طور خاص برای تصفیه ی آب حاوی سیلیس بالا به کار می رود. این فرآیند پتانسیل بسیار خوبی برای درمان تصفیه ی آب های برج خنک کننده که در آن اسمز معکوس معمولی (RO) عموماً ناکارآمد یا غیر قابل اعتماد تلقی می شود، دارد. در برخی موارد ، HERO ممکن است برای جایگزینی یا تکمیل فرآیند تبخیر به عنوان روشی مقرون به صرفه برای دستیابی ZERO LIQUID DISCHARGE(ZLD) استفاده شود.
فرآیند HERO (در مقایسه با سیستم RO معمولی) ، به منظور افزایش حلالیت سیلیس در آب ریجکت شده از RO تا 1500 ppm و فراتر از آن طراحی شده است. در pH 10 و بالاتر ، حلالیت سیلیس بصورت نمایی افزایش می یابد. این واقعیت به طور گسترده در طراحی سیستم های HERO مورد استفاده قرار می گیرد. نکته اصلی در فرایند HERO ، پیش تصفیه شیمیایی است که قبل از انجام RO ، آب خوراک تحت آن قرار می گیرد. این پیش تصفیه سختی را از آب خوراک خارج کرده و pH آن را افزایش می دهد ، این امر باعث می شود تا RO موثرتر عمل کند. افزایش pH باعث افزایش انحلال سیلیکا و تخریب اورگانیسم های بیولوژیکی می شود. افزایش pH بسیاری از باکتریها را از بین می برد و بار منفی کمی ایجاد می کند که کلوئیدها را دفع می کند. علاوه بر این ، HERO آب خالص تر از فرآیندهای RO معمولی را تولید می کند ، و شار عملیاتی HERO تقریباً دو برابر RO معمولی است. از آنجا که فرایند پیش تصفیه بسیاری از ذرات رسوب دهنده ی بندی غشاء را از بین می برد ، HERO نیاز به استفاده از مواد شیمیایی ضد رسوب ندارد. علاوه بر این، از مزایای زیست محیطی صرفه جویی در مصرف آب و انرژی برخوردار می باشد. هزینه های سرمایه ای HERO به دلیل نیازهای پیش تصفیه، بیش از هزینه های RO معمولی برای سیستم های کوچک است.
حل مشکلات مربوط به فرایند RO معمولی توسط فرایند HERO در جدول زیر قابل مشاهده می باشد:
در جدول زیر به برخی از خصوصیات فرایند HERO اشاره شده است:
HERO دارای چندین مزیت نسبت به RO معمولی است:
• بازیابی بیشتر آب
• تولید آب با کیفیت
• هزینه های پایین
• حذف بالای TDS
مزایای استفاده از فرایند HERO:
• حذف سختی و مواد جامد معلق
• حذف دی اکسید کربن
• تصفیه RO با pH بالا
• مصرف کمتر آب
• جلوگیری از رسوب غشا (سیلیکا یکی از دلالیل مهم رسوب غشا می باشد).
• استفاده کمتر از آنتی اسکالانت
• تمیز کردن کمتر مورد نیاز است.
معایب فرایند HERO:
• مصرف بالای مواد شیمیایی
• به چندین واحد فرایندی احتیاج دارد
• هزینه ی سرمایه گذاری بالا
HERO ایده آل است برای:
• آب های با سیلیس بالا
• سیستم برج خنک کننده
• Tertiary Treated Effluent فاضلاب با میزان TOC بالا / آب با مشکلات بیولوژیکی بالا
برنامه های کاربردی فناوری HERO:
• در مواقعی که آب خوراک حاوی مقادیر بالای سیلیکا می باشد.
• تصفیه ی آب بلودان برج خنک کننده
• آبی که از نظر بیولوژیکی فعال باید و حاوی TOC بالا می باشد.
• بازیافت و استفاده مجدد از آب صنعتی
• تصفیه ی پیشرفته ی فاضلاب
• آب چاه های نفت و گاز را تولید می کند
• تصفیه ی آب برج های خنک کننده ی صنایع شیمیایی ، پتروشیمی ، انرژی و صنایع فرآوری مواد معدنی
• تصفیه فاضلاب که به دلیل رسوب غشاء نمی تواند از RO معمولی استفاده کند
• آب حاوی روغن و گریس ، مواد جامد معلق و فعالیتهای بیولوژیکی
ب- DTRO – Disc Tube Reverse Osmosis
ماژول های دیسک مخصوصا طراحی شده اند تا از جداسازی مولکولی و یونی اطمینان حاصل می کنند
فناوری غشای Disk Tube (DT) شامل دیسک Tube Reverse Osmosis (DTRO) و نانوالیافی لوله Disk Tube (DTNF) است.
اجزای اصلی یک ماژول DT یک پوسته لوله ای و لایه هایی از کوسن های غشایی و دیسک های هیدرولیکی است که توسط میله کراوات میانی نگه داشته و محکم می شود.
عرض بین دو دیسک هیدرولیک 4-6 میلی متر است. نقاط پلاستیکی در یک الگوی خاص در سطح دیسک توزیع شده است. این نقاط باعث می شوند که آب خام با ایجاد جریان تلاطم در طول سطح غشاء ، تلاطم ایجاد کند و از این طریق از پوسته پوسته شدن سطح غشایی جلوگیری می کند. همچنین هنگام تمیز کردن ماژول ها با حلال های تمیز کننده کمک می کند.
مشخصات فنی
- عنصر غشاء اصلی از دو قطعه غشای اسمز معکوس متمرکز ساخته شده است.
- جریان خوراک از طریق دو کانال شکل “S” در ماژول DT جریان می یابد.
- دیسک های هیدرولیک بین عناصر غشایی با فاصله 4 میلی متر نصب می شوند. برجستگی با یک الگوی منحصر به فرد در سطح دیسک های هیدرولیک طراحی شده برای بهبود نفوذپذیری خوراک و افزایش فرایند تمیز کردن.
- فاصله از لبه در خارج از عنصر غشا به مرکز ماژول است بهینه کوتاه و تعداد عنصر غشا در ماژول DT استاندارد هستند.
فشار عملیاتی ماژول DTRO برابر با 160- 75 بار است.
- A modular, expandable design with one or multiple stages
- Recovery rates achievable by DT modules with staged RO Pressure (Base 18mS/cm)
- High-pressure units maximize permeate yield (Recovery Rate)
- No mechanical or chemical pretreatment necessary
- Small footprint
- High strength design, up to 120 bar operating pressure
- Open disk with low flow resistance and concentration polarization
- High-pressure resistance and salt rejection membrane
مزایای فنی
The unique configuration of the Disc Tube module offers numerous advantages over traditional spiral or tubular membrane modules, including:
- Open channel configuration
- High turbulence in the feed stream
- Reduced risks of clogging or crystallization
- Evenly distributed and self-cleaning hydraulic circulation
- More effective cleanings
- Minimization of cross-flow rate
- Extended range of cut-off for nanofiltration membranes (500 g/mole, 270 g/mole) and for reverse osmosis (high flow rates, Standard 100 g/mole, high rejection)
Disc Tube RO has become the preferred membrane for leachate treatment
- Open Channel Technology
- Less susceptible to fouling and scaling
- Modules are easy to clean
- Suitable for silt density index (SDI) up to 5/15
DTRO modules are preferred due to their easy maintenance requirements
- A module can be opened
- Module and membranes can be investigated
- Single membranes can be tested for the best cleaning procedure
- Single membranes can be investigated at the lab (EDX, Microscope)
CCRO – Closed Circuit Reverse Osmosis – ج
This is a clear paradigm shift in water efficiency and reliability. CCRO systems minimize the largest cost associated with reverse osmosis system operation, wastewater disposal, which can be reduced by 50% to 75% and provide paybacks of under a year. CCRO systems come with an industry-leading maximum recovery guarantee, operating at up to 98% recovery and allowing you to achieve your sustainability goals. Closed Circuit Reverse Osmosis is boosting our customer’s financial, environmental, and operational competitiveness.
The low initial pressure of each CCRO sequence means lower operating pressure and less pump energy than required in traditional RO systems. When treating seawater, it uses just enough power to overcome the water’s osmotic pressure, resulting in a record low energy consumption of 1.45 kWh/m3.
Short membrane arrays and high crossflow also allow CCRO systems to operate at higher average fluxes without exceeding conventional reverse osmosis membranes manufacturer’s flow or recovery specifications.
CCRO systems can be used for anything traditional reverse osmosis is used for, including but not limited to:
• industrial process water
• food, beverage, and pharmaceutical ingredient water
• boiler water pretreatment
• irrigation water desalination
• brine concentration
• municipal wastewater treatment
Because of their record-setting water recovery rates and unmatched operational flexibility, CCRO systems are especially valuable when handling sites with:
• Variable feedwater
• High silica concentrations
• Expensive liquid waste disposal
• Strict liquid waste volume limits
Desalitech’s Closed Circuit Reverse Osmosis process is an elegant way of operating crossflow reverse osmosis membranes in a highly efficient and flexible simple filtration device. Like any simple filtration device, Closed Circuit Reverse Osmosis systems feature equal feed and permeate flow rates during normal operation mode. At a software-based set point, the system automatically flushes out all the concentrate and then returns to its normal operation mode. The flush is triggered by the Closed Circuit Reverse Osmosis operating software, based on any combination of flow, concentration, pressure, and additional setpoints. During the concentrate flush step, the system continues to be fed and to generate permeate, while the concentrate is pushed out of the system in one sweep.
Crossflow for standard reverse osmosis membranes is attained with a single stage of parallel membrane housings and a low-pressure circulation pump that generates optimal cross-flow conditions. The concentrate is recirculated to the membrane feed and recovery increases with each concentration cycle. Recovery is achieved in time with recirculation and not in space with multiple membrane stages in series.
This innovative reverse osmosis technology features a step-change in reliability, flexibility, and efficiency over traditional reverse osmosis.
The diagram to the right illustrates the Closed Circuit Reverse Osmosis process.
In contrast, review how traditional reverse osmosis and simple filtration work below.
Standard Features
• Maximum Recovery – Guaranteed.
• Patented high recovery, low fouling/scaling, low energy consumption performance.
• Adjustable recovery – up to 98%.
• Automatic response to feeding variations.
• Premium seawater RO membranes.
• Programmable logic controller with remote monitoring and control functionality.
• Chemical dosing systems.
• NSF-certified components.
Optional Features
• Ultra-filtration or multi-media filtration.
• Mixed-bed permeate polishing.
• Transfer pumps, storage tanks.
• Clean-in-Place (CIP) and flushing systems.
Operating Parameters
• Adjustable Recovery: 40-98%
• Rejection: 95.0-99.5%
• Adjustable Flux: 6-25 gfd (10-42 lmh)
• Feed TDS: 5,000 – 70,000 mg/L
• Temperature: 36-113F (2-45C)
• Max Pressure: 1,200 psi (83 bar)
• Inlet Pressure: 10-60 psi (0.8-4.0 bar)
Materials of Construction
• High-Pressure Piping – SS / Duplex / SD
• Low-Pressure Piping – PVC Sch.80
• Frame – Epoxy Painted Carbon Steel
• Enclosure – Nema 4
• Clamps/Races – Galvanized steel
• Membrane Elements – TFC
Membrane Options
• 440 ft2 (std), 400 ft2 or 380 ft2
• 28 mil feed spacer (std) or 34 mil
• Low energy or a high rejection
• Housings FRP, SS / Duplex / SD ports
OPUS® II Technology – a New Innovation for High Recovery of Water for Reuse -د
OPUS® II is a proprietary process for the high recovery of complex wastewater streams. This new innovation uses CeraMem® ceramic membranes as pretreatment for reverse osmosis to reduce the system footprint. OPUS II can be delivered in modular, containerized units to minimize installation costs.
Like the original OPUS technology, OPUS II effectively removes silica, organics, hardness, boron, strontium, and particulates. It generates high quality effluent at a high recovery rate, providing clean water for discharge, recycle, or reuse.
APPLICATIONS
OPUS® II is effective for:
- Produced water and frac flow back treatment in the oil and gas industry
Click here for the most recent press release. - Cooling tower blowdown treatment at power plants and other industrial sites
- Tertiary treatment of industrial wastewaters anywhere that high recovery rates of high-quality effluent are desired
- Zero liquid discharge systems
HOW IT WORKS
OPUS® II technology incorporates free oil removal, CeraMem® ceramic membranes, ion exchange softening, and reverse osmosis processes. The process begins with a series of reaction tanks followed by a crystallization tank fitted with our patented Turbomix® technology. The thorough mixing of the Turbomix facilitates precipitation of hardness and metals in the feed water, as well as the crystallization of the solids generated by precipitation.
The water and solids then enter the CeraMem membrane ultrafiltration system operated in a cross-flow mode. The solids separated by the membranes are continuously recycled to the crystallization tank and purged intermittently for dewatering. In excess alkalinity applications, a degasification step can be added to ahead of the CeraMem process to reduce chemical demand and sludge generation.
The CeraMem filtrate is then treated with ion exchange softening using a Weak Acid Cation (WAC) resin in sodium form to further remove hardness and metals to lower concentrations, without pH adjustment. The pretreated water is pressurized through the RO operated at an elevated pH in single or double pass mode for removal of TDS, boron, strontium, and organics.
On-site pilot-scale testing is available to optimize the process for your wastewater characteristics. The pilot testing enables us to provide a process guarantee for your full-scale system.
Benefits
- Small footprint
- Containerized, modular configuration
- Low capital and operation costs
- High salt rejection
- Fewer treatment steps than comparable options
- High water recovery rate / low waste volume
- A reliable process with minimal downtime
- Handles feed water variability
- Effective scaling/fouling control
- Continuous clean-in-place process