Краткий ответ: Нулевой сброс жидкости означает, что ни один сточный поток не покидает площадку: вода возвращается в оборот, а растворённые соли выводятся в твёрдом виде. Обычная схема включает предварительную подготовку, обратный осмос для концентрирования рассола до пределов, допускаемых мембранами, выпаривание для доведения до нужной концентрации и фильтр-пресс или центрифугу для превращения кристаллической суспензии в сухой кек. Обратный осмос выполняет дешёвую работу; выпаривание выполняет дорогую работу; кек — это то, что действительно приходится вывозить.
Что такое ZLD на самом деле
Обычный завод очищает сточные воды до состояния, достаточно чистого для сброса. Завод с ZLD очищает их до тех пор, пока не останется ничего, что можно было бы сбросить. Каждый литр либо возвращается в процесс в виде очищенной воды, либо уходит в виде водяного пара, а всё, что было в нём растворено — соли, металлы, жёсткость — превращается в твёрдый остаток.
Обычно движущей силой является регулирование. В Соединённых Штатах дополнительное правило по паровым электростанциям 2024 года установило ограничение на нулевой сброс загрязняющих веществ для сточных вод десульфуризации дымовых газов, воды для транспортировки донной золы и фильтрата остатков сгорания на угольных электростанциях. В других местах ZLD применяется в текстильной, кожевенной, фармацевтической и химической промышленности, где принимающие воды больше не могут принимать соль, или выбирается добровольно там, где пресная вода в дефиците и восстановленная вода стоит дороже затрат на очистку.
Стандартный поезд, этап за этапом
1. Предварительная обработка: защита мембран
Всё, что может привести к образованию отложений или загрязнению обратного осмоса, должно быть удалено в первую очередь. Это означает взвешенные твёрдые частицы, нефть, органические вещества, а также жёсткость и кремнезём, которые могут выпасть в осадок по мере концентрирования рассола. Химическое умягчение с помощью извести и кальцинированной соды является распространённым методом; оно образует собственный шлам, который обезвоживается на камерный фильтр-пресс наряду с финальной солью. Завод, который пропускает этот этап, расплачивается за это чисткой мембран и простоем выпарного аппарата.
2. Обратный осмос: дешёвая часть
Обратный осмос удаляет воду из рассола с помощью давления, а давление гораздо дешевле тепла. Загвоздка в осмотическом давлении, которое растёт с солёностью. Стандартные элементы для морской воды рассчитаны примерно на 80 бар, а выше примерно 70–80 г/л общего содержания растворённых solids осмотическое давление рассола приближается к этому пределу, и извлечение прекращается. Таким образом, обратный осмос обычно может извлекать 50–75% воды, в зависимости от исходного раствора, и выдаёт концентрат в несколько десятков граммов на литр. Высоконапорный обратный осмос и многоступенчатые конструкции продвигают это дальше; объём концентрата, который они оставляют после себя, определяет размер и стоимость всего downstream.
3. Испарение: дорогостоящая часть
Оставшийся рассол кипятят. Испарение одного кубического метра воды требует около 2 260 МДж скрытой теплоты, что составляет примерно 630 кВт·ч тепловой энергии, если ни одна её часть не рекуперируется. Концентраторы рассола рекуперируют большую её часть: механическая паровая рекомпрессия сжимает пар и повторно использует его тепло для кипячения нового рассола, поэтому потребность в электроэнергии составляет лишь долю от исходной скрытой теплоты. Тем не менее испарение обходится в несколько раз дороже за кубический метр, чем обратный осмос, поэтому каждый литр, который может принять обратный осмос, стоит того, чтобы его принять.
Концентратор рассола останавливается на стадии, когда суспензия ещё перекачиваема, обычно при или чуть ниже точки насыщения преобладающей соли. Кристаллизатор или солнечный пруд завершают процесс: вода испаряется, а соли кристаллизуются.
4. Обезвоживание твердых частиц: часть, которая вывозится с площадки
Кристаллизатор производит суспензию кристаллов соли в насыщенном маточном растворе, обычно с содержанием твёрдых веществ 20–40%. Перед утилизацией её необходимо обезводить, а маточный раствор должен возвращаться в кристаллизатор, а не в дренаж. Три момента определяют выбор оборудования:
- Коррозия. Насыщенные хлоридные и сульфатные рассолы при повышенной температуре воздействуют на углеродистую сталь и многие марки нержавеющей стали. Полипропиленовые плиты и ткань не подвержены воздействию, что является одной из причин распространённости фильтр-прессов в этих условиях; смачиваемые металлические детали указываются из дуплексной нержавеющей стали или с покрытием.
- Смешанные соли. Промышленное ZLD редко даёт единственную чистую соль. Осадок представляет собой смесь хлорида натрия, сульфата натрия, солей кальция и магния, а также тех следовых металлов, которые были в исходном растворе. Обычно он классифицируется как опасный или ограниченный отход и утилизируется по весу, поэтому сухость осадка имеет значение.
- Мытьё торта. Если соль продаётся или захоранивается как неопасный отход, маточный раствор, задержанный в кеке, содержит примеси. Фильтр-пресс позволяет промывать кек на месте перед продувкой и выгрузкой, чего центрифуга сделать не может.
A мембранный фильтр-пресс Кристаллическая суспензия превращается в кек, который обычно содержит 80–90% твёрдых веществ для хорошо сформированных кристаллов, а стадия отжима сокращает цикл. Напротив, размягчённый шлам из стадии 1 ведёт себя как любой шлам гидроксида металла и обезвоживается до 30–40% в камерном фильтр-прессе.
Куда уходит вода и куда уходят затраты
| Этап | Что он удаляет | Относительная стоимость за м³ | Побочный продукт |
|---|---|---|---|
| Предварительная подготовка | Твёрдые вещества, масло, твёрдость, кремнезём | Низкое | Размягчение осадка (фильтр-пресс) |
| Обратный осмос | 50–75% воды в виде пермеата | Низкий до умеренного | Концентрат в испаритель |
| Концентратор рассола | Большая часть оставшейся воды | High | Насыщенный рассол |
| Кристаллизатор | Последняя из воды | Наибольшее на м³ | Кристаллическая суспензия |
| Обезвоживание | Маточный раствор из кристаллов | Низкое | Солевой кек для утилизации или продажи |
Урок, который можно извлечь из этой таблицы, прост: самый дешёвый кубометр — тот, который вообще не доходит до испарителя. Лучшая предварительная подготовка позволяет обратному осмосу работать с более высокой степенью извлечения, а более высокая степень извлечения в обратном осмосе одновременно уменьшает испаритель, кристаллизатор и счёт за энергию.
Минимальный сброс жидкости: честная альтернатива
Многие предприятия, которые требуют ZLD, на самом деле нуждаются в минимальном сбросе жидкости. Если небольшой объём концентрированного рассола можно направить в лицензированный испарительный пруд, глубокую скважину, рассолопровод или на стороннюю очистку, кристаллизатор исчезает из технологической схемы, а вместе с ним и значительная доля капитальных и энергетических затрат. Обратный осмос плюс концентратор рассола или только обратный осмос с проектом высокой степени извлечения достигают 90–98% извлечения воды при доле стоимости истинного нулевого сброса. Прежде чем проектировать под нулевой сброс, спросите у регулятора, что на самом деле требует разрешение.
Что отправить для предложения по ZLD
Полный анализ воды (TDS, хлориды, сульфаты, натрий, кальций, магний, кремнезём, ХПК, нефтепродукты), суточный расход, требуемое качество воды для повторного использования, доступная энергия (пар, электроэнергия, цена каждого), а также способ утилизации твёрдых отходов. Исходя из этого мы можем оценить выход обратного осмоса, нагрузку на испаритель, суточное производство сухой соли и оборудование для обезвоживания как умягчающего шлама, так и солевого кека.
Связанное: промышленные системы очистки воды обратным осмосом, Очистка сточных вод от тяжёлых металлов, сколько шлама производит wastewater plant, и Оборудование для очистки промышленных сточных вод.
Часто задаваемые вопросы
Что означает нулевой сброс жидкости?
Жидкие стоки не покидают площадку. Вода улавливается для повторного использования или испаряется, а все растворённые твёрдые вещества удаляются в виде твёрдого кека. Этот термин в равной степени нормативный и технический: он описывает условие разрешения, а не конкретную машину.
Почему RO используется перед испарителем на установке ZLD?
Поскольку удаление воды с помощью давления обходится гораздо дешевле, чем удаление её с помощью тепла. Обратный осмос сначала удаляет 50–75% воды, поэтому испаритель и кристаллизатор рассчитываются на долю от исходного потока. Обратный осмос не может выполнить работу самостоятельно, потому что осмотическое давление растёт с солёностью, пока не превысит то, что могут выдержать мембраны.
Что ограничивает извлечение обратного осмоса в ZLD?
Осмотическое давление и отложения. Стандартные мембраны рассчитаны примерно на 80 бар, что достигается при концентрации примерно 70–80 г/л TDS, а труднорастворимые соли, такие как сульфат кальция и кремнезём, осаждаются на мембране задолго до этого, если их не удалить на этапе предварительной подготовки.
Является ли солевой кек ZLD опасным отходом?
Часто, поскольку это смесь солей, которая несёт следовые металлы и органические вещества из питания. Классификация зависит от местных правил и от того, что содержится в воде. Промывка кека в фильтр-прессе уменьшает количество маточного раствора, который он несёт, и может изменить классификацию.
Что такое минимальный сброс жидкости?
Проект, который восстанавливает 90–98% воды и направляет небольшой объём концентрированного рассола на утверждённый сброс вместо его кристаллизации. Он позволяет избежать кристаллизатора, который является самой дорогостоящей стадией в расчёте на кубический метр, и является правильным решением для многих объектов, которые изначально запрашивают ZLD.
Какое оборудование для обезвоживания используется для твердых веществ в системе ZLD?
Фильтр-прессы и центрифуги для кристаллической суспензии, фильтр-прессы для умягчённого шлама. Фильтр-прессы предпочтительны там, где рассол агрессивен, где кек необходимо промывать или где требуется максимальное содержание твёрдых веществ в кеке для снижения массы отходов на утилизацию.
Отправьте ваш анализ воды, затраты на поток и энергию, и мы определим этапы извлечения и рассчитаем размер обезвоживания как для осадка, так и для соли: запросить технологическую схему и расчёт размеров для ZLD.
Ссылки: US EPA — Руководящие принципы по сбросам для пароэлектрических генерирующих установок, окончательное правило 2024 года, US EPA — Информационный лист по окончательному правилу 2024 года для пароэлектрических станций.
Эта статья является частью нашего руководства по wastewater sludge dewatering.