反滲透技術在鹽水濃縮中的應用
【蘭州純水設備http://www.ilangnet.cn】反滲透作為一種全球性的海水淡化技術，在鹵水濃縮領域也十分活躍。在眾多替代蒸發器技術的背景下，反滲透能否在競爭激烈的鹵水濃縮市場中找到自己的出路?
隨著環境標準的不斷收緊和排放成本的不斷提高，海水淡化和零排放已成為未來發展的必然趨勢。傳統的反滲透(RO)技術由于采收率的限制蘭州純水設備，在鹵水濃度測定中沒有得到廣泛的應用。然而，隨著新技術的誕生，這種情況正在發生逆轉，特別是當進口水濃度相當高的時候。為了取代傳統的固定支出高、運行成本高的蒸發器，近兩年來陸續有許多創新性的系統設計投入市場。
創新的RO系統配置更高的工作壓力(如超過1200 psi,約8 mpa)或多級系統操作,總溶解固體(TDS)濃度高于50000 mg / L水進一步豐富TDS濃鹽水的濃度大于100000毫克/升,同時防止通量的下降和膜表面,確保過濾能力和清潔的表面膜不受影響。該工藝可顯著減少進入蒸發器或蒸發池進行進一步處理的濃鹽水的體積，達到較高的回收率。
下圖顯示了各種鹽水濃縮技術實現的TDS平均濃度，其中反滲透(Counter reverse osro)可以將鹽水濃縮到與蒸發器相近的濃度蘭州純水設備，這也使得反滲透技術在鹽水濃縮領域具有更大的發展潛力。
技術概述
除了RO,許多新興的膜鹽水濃度技術介紹了過去10到15年,其中包括許多成功的市場化垂直降膜蒸發器(VTFF),以及向前滲透(FO)和膜蒸餾(MD)技術需要進一步優化的基礎上,以市場為導向的應用程序。RO相對于這些前沿技術的優勢在于其在海水淡化領域的成熟應用和操作經驗。
以色列反滲透技術公司Desalitech在過去的兩年里在利用反滲透技術進行海水濃縮方面表現得非常出色。在部分脫鹽工程的實際運行中，反滲透處理后的濃水濃度可達80000 mg/L TDS。在與傳統RO系統競爭的同時，該公司的研發團隊正在努力優化該產品，希望該產品能在1,800 psi的壓力下運行，并進一步將鹽水濃度提高到100,000 mg/L TDS。
另一項創新的反滲透技術來自以色列Rotec公司開發的反流技術。該技術類似于脫鹽技術，它提供了高產量的解決方案，以取代或修改傳統的RO系統。與此同時，反滲透濃縮水處理的許多新技術正在全面發展，有的采用間歇式處理，有的采用高壓處理。根據進水濃度和最終用戶對排水水質的要求，這些解決方案可以是單個系統，也可以是多級串聯系統。
下表列出了目前市場上使用RO技術進行鹽水濃縮的一些領先公司及其產品:
這些技術所使用的系統配置通常包括鹽水預處理技術水處理設備、定制膜過濾系統、新型膜清洗方案、新型排鹽水系統、高壓工況、循環泵、能量回收裝置等。一般來說，反滲透將鹽溶液濃度限制在較高倍數的主要原因是施加的壓力達到滲透壓力的極限，使系統無法進一步濃縮鹽水。針對這一挑戰，目前有兩個頗具前景的新興技術，可將鹽水濃縮至高于高壓反滲透的濃度水平：
戈潤環保（Gradiant Corporation）的逆流反滲透（CFRO，Counterflow RO）鹽濃縮蒸發技術
土耳其Hyrec公司所開發的多級滲透輔助反滲透（OARO, Osmotically Assisted RO）鹽濃縮蒸發器
常見的標準RO、逆流RO和正滲透FO三者的滲透原理區別如下圖所示。而這兩項技術則是通過利用不同滲透壓（正滲透與反滲透）的原理，在反滲透膜出水端添加少量鹽溶液，以維持RO膜進料端和滲透端的鹽水濃度，從而有效降低膜兩側的壓力差。通過這一新興的鹽濃縮蒸發設備和多級串聯的處理，出水濃度可高達250,000 mg/L TDS。這樣一來，系統在進行濃縮的同時，其所消耗的外加壓力也相應降低，同時實現了節能的目的。
澳大利亞公司Osmoflo是推出反滲透膜濃縮解決方案的公司之一，其鹽水濃縮濃度高于100,000 mg/L TDS。Osmoflo于2014年推出其濃鹽水處理設備OBS（Osmoflo Brine Squeezer）,使用了可熱降解的涂層專用膜及新型的膜清潔技術。
市場上也有許多技術公司采用定制化的預處理方案來應對膜結垢和污染的問題。加拿大濃水處理專家Saltworks公司CEO Ben Sparrow先生告訴GWI：“通過將我們的高壓Xtreme RO解決方案與公司的BrineRefine系統（不使用混凝劑的化學軟化）相結合，可以成功將水質調節至更加‘反滲透友好’的水平。”
技術動態
目前，高壓反滲透的相關技術已經取得了不少成功的市場化案例，如美國頗爾（Pall）公司的DTRO（碟管式反滲透膜技術），通過將碟片式的膜片堆疊在垂直的專有容器中，可以實現大于傳統卷式反滲透膜三倍甚至更高的回收率蘭州純水設備。這一技術目前多用于垃圾滲濾液等難處理污水的處理。
除了碟管式的RO技術之外，杜邦水處理公司（由杜邦與陶氏合并成立）及美國海德能（Hydranautics）等膜制造商也推出了在高達1,800 psi的壓力下進行操作的新型卷式反滲透膜，以實現更高的脫鹽率。
即使在較高的操作壓力下，與傳統的鹽濃縮器相比，這些高壓RO系統依然具有顯著的運營成本優勢，特別當應用于工業中常見的小規模項目中時，這一優勢將更加突出。據相關高壓RO系統供應商稱，與傳統的熱蒸發器相比，這些新的高壓RO系統僅需消耗約50%的能源，顯著緩解了以昂貴著稱的零排放或脫鹽系統的成本壓力。
從短期來看，這一RO技術可以幫助進一步縮小下游所需蒸發器的容量及尺寸大小，如Saltworks公司巧妙地將RO鹽水濃縮器與其現有的蒸發-結晶技術相結合，對整套系統進行優化。Sparrow表示：“如果客戶打電話給我們說想要蒸發器水處理設備，我們通常發現在我們RO鹽濃縮器的輔助下，客戶對蒸發器的需求可以由4臺降至1臺。”
在某些情形下，使用RO鹽濃縮器甚至可以不安裝小容積蒸發器，直接將RO濃水導入結晶器進行處理。在沙特海水淡化公司（SWCC）一處理能力為100 m3/d的SWRO中試項目中，通過采用Hyrec公司的RO濃縮設備，每天可產水70立方米，剩下的濃鹽水則直接進入結晶器。
然而，在現場有熱源可供利用的條件下，由于蒸發器所需的能耗大幅降低，RO-結晶器的系統與蒸發-結晶器的系統相比優勢并不大蘭州純水設備。但盡管如此，在工業小規模項目中，傳統蒸發器的能耗一般在35kWh/m3左右或更高。此時，能耗僅15kWh/m3的鹽濃縮器便非常具有優勢。
本文節選并翻譯自GWI最新6月刊技術板塊（Chief Technology Officer ）中的特色全球技術概覽文章（Market Map）。原文同時深度剖析了杜邦、海德能、Osmoflo、Saltmaker、Gradiant、Hyrec、Aquatech等公司在反滲透膜濃縮技術上的進展情況、在全球不同工業行業市場中的應用，以及未來技術優化的趨勢展望。水處理設備 去離子水設備
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