技术在水处理与回用领域的应用发展趋势.pptx

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,谢 谢,膜技术在水处理与回用领域的应用发展趋势,中国科学院生态环境研究中心,栾兆坤,题 录,概述,水污染控制与水处理现状,膜技术应用现状,膜技术发展趋势,我国膜技术问题,新型纳滤膜和疏水研究进展,题 录,概述,概述,-,重大瓶颈问题,“,十五”期间，在我国经济快速增长，资源、能源消耗大幅度增加的情况下，国家环境保护计划目标和指针没有完成,(,削减,10,),严峻环境污染状况却没有得到根本改变，尤其我国水环境污染加剧态势未能得到有效遏制。,主要河流污染负荷不断增加、湖泊水库富营养化日趋加剧，污染治理进展艰难，饮用水安全受到严重威胁。,水环境污染进一步加剧我国水资源的供需矛盾，已经成为制约我国社会经济可持续发展的重大“瓶颈”问题。,概述,-,国家战略问题,我国水环境污染突出问题已引起国务院和各级政府部门高度关注，,2005,年国务院印发的,关于落实科学发展观加强环境保护的决定,（国发,200539,号），明确提出“,-,加强水污染防治,-”,，,2006,年，“十一五”国家科技支撑计划发展纲要，将资源、环境领域的技术放在了优先位置，,2007,年国家进一步提出了“节能减排”战略部署。,目的：确保“十一五”主要污染物总量削减任务如期实现，,概述,-,突出问题与途径,水环境污染治理与城市污水处理已成为当前我国各级政府的突出问题。,严格控制,高耗水工业及第三产业用水量是国家实施节水战略目标的核心问题。,提高城市污水回用率和工业废水重复利用率是解决水资源短缺的根本途径。,题 录,水污染控制与水处理现状,水污染控制与水处理技术现状,现状与趋势,：,点源污染治理转向区域水环境污染治理。,点源控制转向资源化回用，实现“零排放”。,城市污水控制指标从,COD/BOD,转向深度除磷脱氮的综合控制指标。,部分省市城市污水,排放标准,从一级,B,标准推进到一级,A,标准。,水污染控制与水处理技术现状,重点与难点,农业面源、河湖内源污染控制将是今后相当长时间水环境污染控制需要解决的重点和难点,中、小型城市污水和分散型生活污水处理将是今后水污染治理的重点与难点。,提高水再生回用率，工业废水“零”排放，城市污水回用率,(5%20%,）将是今后水资源再利用的重点和难点。,“四高”工业废水,(,高浓度有机、重金属、高磷、高氮、高盐）将是当前和未来工业点源污染治的重点和难点。,水污染与水处理技术现状,技术需求；,水环境治理,:,环保疏浚,(,原位控制,),和生态修复技术。,城市污水,:,城市污水深度除磷脱氮技术与药剂,.,分散污水,:,无人值守自控，稳定达处理技术与设备。,工业点源,:,工业废水资源化回用处理技术与设备。,劣质水,:,海水淡化、苦咸水净化处理技术与设备。,技术特点,:,先进实用、经济高效、成熟可靠、稳定安全、规范标准。,水污染与水处理技术现状,膜分离,(,过滤,),技术将是今后,城市、工业污废水资源化回用处理技术发展的重点。,题 录,膜分离,(,过滤,),技术,概述,在,国家中长期科学和技术发展规划纲要,(2006-2020,年,),中，明确提出建立创新型国家，发展高新技术产业、促进传统产业升级、解决制约国民经济发展瓶颈问题。,膜技术作为,21,世纪高新技术，以其低能耗、高效率被认为是最理想的分离技术之一,.,概述,近年来，随着膜材料技术的快速发展，膜性能大幅度提高，价格逐年下降，膜堵塞和污染问题的解决，膜技术在水污染治理、水资源回用和饮用水安全供给等领域得到越来越广泛的应用，,并成为水处理与回用的首选技术。,因此，膜技术将是未来解决我国水污染和水资源短缺、保障饮用水安全供给的最重要、最先进，最有发展前途的水处理高新技术。,反渗透（,RO）,超滤（,UF）,纳滤（,NF）,微滤（,MF）,电去离子技术（,EDI）,其他技术,生物法污水处理技术,机械过滤技术,离子交换技术,膜分离技术,膜的分离特性,微滤,/,超滤,纳滤,/,反渗透膜都属于亲水膜系列，以压力驱动的膜分离过程,反渗透,0.0001,纳滤,0.001,超滤,0.01,微滤,0.1,微米,1.0,水市场,膜产品得到广泛应用,m,有氧,/,无氧处理,二级澄清,河水,湖水,地面水,介质过滤水,活性炭过滤,离子交换,电渗析,城市饮用水,安全供给,膜件件,系统设计,循环,死端,卷式滤件芯,市政废水,处理与回用,工业给、废水,处理与回用,管式产品,大直径中空纤维,微滤,/,超滤,超滤,/,纳滤,纳滤,/,反渗透,疏水膜,应用：,小直径中空纤维,微,/,超滤膜材质主要有聚乙稀,(PE);,聚丙烯,(PC),聚砜,(PSU),、聚丙烯腈,(PAN),、聚醚砜,(PES),。,近年，聚偏氟乙烯,(PVDF),以其耐污染，高强度和通量大等优点，已经成为污水回用中优选的超滤膜，并成为主流超滤膜。,主要膜组器主要有中空纤维管式,(85%),、平板板框，悬链式等。,制造方法主要有干,(,熔融法,),和湿纺丝法,(,相转移法,),膜材质与膜组件发展趋势,膜材质与膜组件发展趋势,RO/NF,膜已从最初的醋酸纤维素非对称膜发展为当今流行的对称芳香聚酰胺复合膜，以及,聚哌嗪酰胺类、磺化聚,(,醚,),砜类等商业化复合型平板或卷式纳滤膜。,RO/NF,膜组器以卷式为主流，约占,91%,以上，中空纤维式为,5%,，板框式为,4%,。主要为陶氏、海德能、世韩等国际膜公司垄断。,RO,可分为海水淡化膜,(60mpa),、苦咸水膜及纯水膜等,(10mpa),。,优点,应用,高效节能 石化,过程无相变 电子,常温运行 纺织,工艺简单 冶金,操作方便 医药,投资省 生物工程,占地少 食品,低污染 环保,膜,中间相,相,相,原料,透过物,传质推动力,20,世纪末到,2l,世纪初最有发展前途的高新技术之一,膜分离,(,过滤,),技术优点,微滤,/,超滤膜可有效截留胶体悬浮物、微生物,(,大肠菌）、大分子有机物。通量大，已商品化系列生产，技术成熟，价廉。广泛用于城市污水的处理与回用、工业行业的节污减排和回收废水中有用物质、提高工业过程物质分离效率和精度、降低生产过程的水耗、饮用水净化等领域,对溶解性微有机,(,中、小分子，尤其消毒副产物,),，金属和重金属盐物质,(,二价、高价盐）等不能截留去除。,膜分离,(,过滤,),应用范缺和缺点,纳滤,(NF)/,反渗透,(RO),由于膜孔比较致密，可有效截留,100,分子量的,各种低分子有机物、无机纳盐类等。因此，,NF/RO,膜主要用于生产饮用水和工业纯水、超纯水，进行海水淡化、苦咸水淡化、微污染水处理、工业废水,/,城市污水处理与回用、以及生产工艺水的处理等。,RO,工作压力大,(,10MPa),能耗高，设备投资成本和操作、维护费用高。最致命的是产水率低,(,理论,75%,，实际,70%),，且排放大量浓水至今无法处理，直接排放严重污染生态环境。,低温启动难,(Na,2,SO,4,(72.47%),MgSO,4,（,64.55%,）,MgCl,2,（,47.63%,）,NaCl,（,34.67%,）,以上料液均为,500ppm,种类,高的透盐率,高的盐去除率,生产厂家,自制,陶氏,NF200,自制,陶氏,NF90,脱盐率,68%,35-50%,85-90%,90%,水通量,30L/m2h,34L/m2h,28,31.8,所制纳滤膜性能对比,新型芳香聚酰胺纳滤膜性能,新型疏水膜蒸馏浓缩技术与应用,题录,新型疏水膜蒸馏,(MD),技术简介,高 纯水,低温侧,(20-30,O,C),高温侧（,50,70,O,C),浓盐水,疏水性微孔膜,材质：,PTFE,、,PVDF,、,PP,形式：平板、中空纤维,疏水膜蒸馏,(MD),技术是一种采用疏水微孔膜、以膜两侧的蒸汽压力差为驱动力的新型传质分离过程。,低温,膜蒸馏技术热侧循环只需要,50,70,，冷侧循环,20,30,疏水膜在海水淡化、高盐水回用、化工冶金等行业展现巨大广阔的应用发展前景。,研发背景,在工业废水中，,化工、染料、食品、医药、淀粉等一些行业排放的高盐度、高有机、高氨氮、高磷（简称“四高”废水）等工业废水，一直是水处理技术领域的难题，目前尚无经济有效的处理技术能够使“四高”废水处理达标，,已成为当前水环境污染治理，工业节能减排的重大“顽症”和“瓶颈”问题。,疏水膜始于,20,世纪,70,年代。近年随膜材质快速发展和海水淡化，水资源的再生利用，疏水膜技术得到快速发展与关注，已,成为,21,世纪重点关注并发展的新型膜分离技术,近年，课题组在国内外率先开展新型中空疏水膜及组件制作和应用研究,成功用于“四高”,(,高有机、高氨氮、高磷、高盐度,),工业废水的回用处理，以及高砷,/,苦咸水净化处理，不仅展示了显著的技术经济可行性，而且具有巨大的社会环境效益。,新型疏水膜蒸馏浓缩技术与应用,中空疏水膜纺丝装置及组件,研制并建立成套制膜装置,和试验操作平台,中空疏水膜纺丝装置及组件,成功地纺制了膜通量高达,17-21L/m,2,h,的新型改性聚偏氟乙烯,(PVDF),中空纤维疏水膜。,在新型中空纤维疏水膜纺丝及其膜组建制造方面，目前居国内外领先并基本达到工业化中试生产阶段。,中空纤维疏水膜及试验膜组件,中空纤维膜基本参数：,检测参数,单位,数据,平均值,检测参数,单位,数据,平均值,内径,mm,0.92-1.05,0.99,最大孔径,m,0.167-0.197,0.182,外径,mm,1.13-1.3,1.22,平均泡点,Mpa,0.20-0.22,0.21,壁厚,mm,0.1-0.18,0.14,平均孔径,m,0.152-0.167,0.160,泡点,Mpa,0.17-0.2,0.19,膜通量,a,Kg/m2h,10.74-17.1,11.42,PVDF,膜丝,膜组件外壳,沉积物,料液,复合环氧树脂,疏水膜丝,SEM,观察,膜蒸馏通量检测条件,热侧流速：,0.5m/s,冷测流速：,0.2m/s,热侧介质：,0.6MNaCl,冷测介质：蒸馏水,热侧温度：,50,冷测温度：,25,新型,PVDF,中空疏水膜,膜丝编号,膜通量,(kg/m2.H),低温膜蒸馏试验操作平台,中空疏水膜低温膜蒸馏试验操作平台,低温膜蒸馏试验装置,研发了国内外首台中空纤维疏水膜蒸馏中试装置,(1,吨,/,小时纯水）,路院长及院领导考察低温膜蒸馏试验装置,2007,年,3,月,29,日,低温膜蒸馏试验装置,技术研发成果,用于高盐废水,(30%,排放,含盐量,3,),处理。,通过膜蒸馏浓缩：热侧,5055,，冷侧,25 30,，通量,10,15,L/m,2,h,，浓缩近,20,倍，热侧浓缩后高盐水可达到结晶状况,冷侧产出高纯水的电导率低于,10,，可直接回收高盐水达到,99.5,以上，实现“零”排放。,A:,热侧纯水运行,B:,低浓缩倍数运行,C:2%HCL,清洗后低,CF,运行,D:,高浓缩倍数运行,E:2%HCL+EDTA,清洗,热侧纯水运行,沉降,+,过滤,+pH,调节,不同浓缩倍数连续运行,膜蒸馏脱盐研究,长周期运行影响,膜蒸馏脱盐研究,操作参数的影响,混浊,1,、碳酸钙颗粒物细、蓬松，不易造成膜孔堵塞,2,、整个膜蒸馏浓缩过程冷测电导率维持在,2,左右，说明膜的疏水性保持较好,膜蒸馏脱盐研究,无机污染物的影响,碳酸钙饱和溶液,MD,浓缩试验,无机盐（,Ca,2,）与腐殖酸成垢对膜通量影响,膜蒸馏脱盐研究,无机,/,有机污染物影响对比,1,、天然有机物造成对膜蒸馏通量有影响，,2,、沉积物的种类、颗粒物的粒径对膜通量、产水质量产生影响,膜蒸馏脱盐研究,有机和悬浮颗粒物的影响,不同,PH,条件下浓缩倍数随,MD,过程钙硬度的变化规律,不同,PH,条件下,MD,浓缩过程中,TP/TOC,的变化规律,浓缩过程中,PH,的变化规律,膜蒸馏脱盐研究,水质,pH,变化的影响,膜蒸馏脱盐研究,预处理方法,研发成果,用于电厂工业循环冷却水连续排放的废垢水,(CaCO,3,),回用处理,盐度,2000mg/L,；连续运行，热侧,5560,，冷侧,30,，利用其余热，浓缩,10,倍，浓缩后浓水盐度达到近,3,万,mg/L,。即,可回收纯水达,95,以上，运行费用仅,1,元,/,吨,。,将其用于石化,(,中石化合作研究）氯化环氧丙酮生产产生废水（每生产,1,吨氯化环氧丙酮产生,0.6,吨含量为,40mg/L,的氯化钙废水,),，,热侧,5560,，冷侧,30,，浓缩,10,倍，浓缩后浓水氯化钙达到约,600mg/L,。即,可回收纯水,95,以上，同时其氯化钙浓溶液通过喷雾干燥可回收作为溶雪剂。,膜蒸馏应用试验,将其用于氧化铝工业,(,山铝合作研究）废碱水回收利用,(5g/L NaOH/NaAlO,3,),在,热侧,5560,，冷侧,30,，浓缩,10,倍，浓缩后浓水,NaOH,达到约,500mg/L,。即,可回收纯水,95,以上，同时又可将其浓缩后的浓碱水再回用生产过程。,膜蒸馏应用试验,将其用于电解镍工业,(,中国镍业集团合作,),高矿化水的浓缩回用，浓缩,10,倍，即,可回收纯水,95,以上，其浓缩后的浓废水进一步处理，实现,“,零排放”。,利用地热作热源，将其用于天津大港地热矿化水制备工业高纯水，浓缩倍数,6-8,倍，可连续稳定运行。其综合运行成本,10,000mg/L,、总磷,100mg/L,，,pH3,4),淀粉废水，北京大兴电子荧光屏生产排放的酸性高磷废水,(,总磷,1000mg/L,，,pH1.5),，以及天津染料生产排放的,2-,萘酚染料中间体高盐高浓有机废水,(,深褐色，色度,400,倍，,COD,为,33,00035,000mg/L,；,2-,萘磺酸钠含量约,18g/L,，亚硫酸盐含量约为,10g/L,；,pH5-6),进行低温膜蒸馏浓缩试验。,膜蒸馏应用试验,结果表明，在热侧,5560,，冷侧,2530,条件下，可将此类高盐高浓废水蒸馏浓缩,515,倍，膜通量依然保持稳定。浓缩液,COD,高达,1012,万,mg/L,；磷含量达到,1,万,mg/L,。,2-,萘磺酸钠和亚硫酸盐含量达到,5060g/L,；将此浓缩液进一步进行沉淀结晶分离，不仅实现“零”排放，而且可完全回收废水中的高含量磷、,2-,萘磺酸钠和亚硫酸纳等。,膜蒸馏应用试验,低温疏水膜蒸馏法进行,含砷地下水净化处理,试验结果表明，进水,As(III),和,As(V),分别为,50g/L:,连续运行时间,250h,出水中均未检测出,As(III),和,As(V),热侧砷浓度高达,1000mg/L,，出水则一直保持在,3.0,3.5s/cm,超纯水状态。,采用太阳能加热方法，即可维持膜蒸馏装置的正常运行，用于苦咸劣质水净化处理，具有显著的环境、经济效益。,2008,年进行现场中试。,膜蒸馏应用试验,海水,(,高盐水,),淡化技术发展趋势,综合处理,再利用,特制海水淡化,反渗透膜技术,40,50,纯水,40,50,浓盐海水,低温疏水膜,蒸馏浓缩技术,40,45,纯水,10,20,高浓盐海水,高频多效蒸发,浓缩技术,5,10,纯水,杂盐固体,热,循,环,与,热,平,衡,总,产,水,率,95,纯,水,国际海水淡化技术发展趋势流程示意图,一段反渗透膜技术，得到,40,50,淡水。,二段疏水膜蒸馏浓缩技术处理反渗透膜产生的,40,50%,浓海盐水,再得到,35,40%,的淡水。,三段多效蒸发技术再处理疏水膜蒸馏技术产生的,10,20%,高浓海盐水,再得到,10,15%,的淡水。,三段多效蒸发的高频热被利用于地温膜蒸馏浓缩技术地低频热源。,多效蒸发技术产生地杂盐固体再进行综合利用。,产水率,90,；热循环于平衡,二段膜,(,反渗透膜技术、疏水膜蒸馏技术,),与三段多效蒸发集成技术系统。可大幅度提高产生率（,95%,以上,),，充分利用了热耗，最终得到杂盐固体进行盐分离与纯化，盐资源得到回收再利用。最终可大幅度降低运行成本，并且不污染或破坏沿海生态环境和平衡。,反渗透膜技术与多效蒸发技术已是成熟技术，而疏水膜蒸馏浓缩技术则研发处于技术研发阶段，近年国家膜技术领域热点,海水,(,高盐水,),淡化技术发展趋势,膜蒸馏技术用于海水淡化与“四高”工业废水回用的工程化应用，存在主要技术问题：,1.,疏水膜蒸馏浓缩海水与高盐水到一定程度时，浓盐水结晶沉淀、堵塞通膜孔，导致膜通量下降。,2.,疏水膜组件长期运行膜污染清洗,3.,膜蒸馏的冷热侧循环及热能消耗,4.,膜蒸馏浓缩过程纯水产水量和产水速率。,工程化应用存在问题,新型中空纤维疏水膜用于海水淡化和“四高”工业废水，仅“四高”废水治理和水资源回用对此技术的需求就十分巨大。,该技术实现实现产业化和工程化应用是完全可行的，具有显著节能减排，缓解我国水资源短缺的社会环境与经济效益。,结 论,Thank You!,演讲完毕，谢谢观看！,