Équipement de traitement des eaux usées

 

 

 

Les membranes en carbure de silicium (SiC), avec leurs principaux avantages de résistance aux températures élevées, aux acides et aux alcalis, à l'encrassement et à la résistance mécanique élevée, démontrent des performances dépassant de loin celles des membranes céramiques organiques et inorganiques traditionnelles dans des scénarios tels que le traitement avancé des eaux usées industrielles, la récupération des eaux usées municipales et la purification des eaux usées spéciales très difficiles. Ils sont devenus la technologie privilégiée pour le traitement des eaux usées dans des conditions difficiles.

 

I. Scénarios d'application de base et solutions techniques

1. Traitement des eaux usées industrielles organiques à haute-concentration
Industries applicables : chimie du charbon, pétrochimie, pharmaceutique, impression et teinture, fabrication du papier

 

Caractéristiques des eaux usées : DCO élevée, turbidité élevée, contient des matières organiques récalcitrantes, certaines eaux usées ont une température élevée (60-120 degrés)

 

Solution applicative :

• Étape de prétraitement : remplaçant la filtration sur sable et la filtration multimédia, les membranes d'ultrafiltration SiC peuvent retenir les matières en suspension, les colloïdes et les gouttelettes d'huile, avec une turbidité des effluents inférieure ou égale à 0,1 NTU et un SDI inférieur ou égal à 3, fournissant ainsi une eau d'alimentation de haute qualité-pour l'osmose inverse (RO) et la nanofiltration (NF) ultérieures, prolongeant ainsi la durée de vie des éléments membranaires suivants de 3 à 5 fois.
• Étape de traitement avancée : les membranes de nanofiltration SiC peuvent retenir de petites-matières organiques moléculaires (telles que des phénols, des colorants et des antibiotiques). Combiné avec des processus d'oxydation avancés (AOP), cela permet une dégradation profonde de la DCO dans les eaux usées, répondant ainsi aux normes d'émission ou aux exigences de réutilisation.

Cas typique : Dans le traitement des eaux usées à haute teneur en sel provenant d'usines chimiques au charbon, les membranes d'ultrafiltration SiC fonctionnent de manière stable à 80 degrés et à un pH de 10-11, avec un taux de diminution du flux de<5%/month and a chemical cleaning cycle of up to 6 months.

 

2. Traitement des eaux usées huileuses
Industries applicables : eau produite par les champs pétrolifères, émulsions de traitement des métaux, eaux usées de restauration

 

Caractéristiques des eaux usées : Contient de l'huile émulsionnée et de l'huile dispersée ; La taille des gouttelettes d'huile est petite (1 à 100 nm), ce qui provoque facilement un encrassement de la membrane.

 

Avantages des applications :

• The SiC membrane surface has weak hydrophobic and oleophilic properties, making it difficult for oil droplets to adsorb and deposit; it is resistant to chemical cleaning and can be cleaned with high-concentration alkaline solution (2% NaOH) + sodium hypochlorite (1000 mg/L), with a flux recovery rate >95%. Solution d'application : en utilisant un processus de « prétraitement de désémulsification + séparation par membrane d'ultrafiltration SiC », une séparation efficace de l'huile-eau est obtenue, avec une teneur en huile effluente inférieure ou égale à 5 mg/L, qui peut être directement réutilisée comme eau d'appoint pour le refroidissement par circulation.

 

3. Utilisation des ressources en eaux usées municipales
Scénarios applicables : amélioration et rénovation des usines municipales de traitement des eaux usées, réutilisation de l'eau récupérée

 

Exigences de base : les effluents doivent répondre à la « Norme de qualité de l'eau pour l'utilisation industrielle de l'eau dans la réutilisation des eaux usées urbaines » (GB/T 19923-2005).

 

Avantages des applications :

• Compared to traditional activated sludge + sand filtration processes, the SiC membrane bioreactor (SiC-MBR) eliminates the need for a secondary sedimentation tank, reducing the footprint by 40%; it retains sludge flocs and bacteria, achieving effluent turbidity ≤0.1 NTU and an E. coli removal rate >99.99%.
• Il a une forte résistance aux charges de choc ; la stabilité opérationnelle du système reste insensible aux fluctuations de la qualité des eaux d'arrivée (DCO, pics d'azote ammoniacal) ; le cycle de nettoyage chimique est long et les coûts d'exploitation et de maintenance sont 30 % inférieurs à ceux des MBR organiques.

 

4. Prétraitement des eaux usées à haute-salinité pour un rejet nul

Industries concernées : eaux usées de désulfuration des centrales électriques, eaux usées de décapage métallurgique, eaux usées chimiques à haute teneur en sel-

 

Caractéristiques des eaux usées : teneur élevée en sel (TDS 10 000-50 000 mg/L), dureté élevée, contient des ions de métaux lourds

 

Valeur de l'application :

• Les membranes d'ultrafiltration SiC résistent aux environnements à forte teneur en sel et ne gonfleront pas ou ne se déformeront pas en raison des changements de pression osmotique ; ils peuvent retenir les particules de tartre formées par les ions calcium et magnésium et les colloïdes d'hydroxyde de métaux lourds, empêchant ainsi le colmatage des évaporateurs et cristalliseurs ultérieurs.
• Par rapport aux procédés de prétraitement traditionnels (tels que l'adoucissement à la chaux), la dureté des effluents des systèmes à membrane SiC est<50 mg/L (calculated as CaCO₃), significantly reducing the risk of evaporator scaling and improving the operating efficiency of zero-discharge systems.

 

5. Traitement spécial des eaux usées à haute température{{1}

Scénarios applicables : liqueur noire de fabrication du papier (température 80 -100 degrés), eaux usées de teinture à haute température (température 60-90 degrés), bouillon de fermentation pharmaceutique (température 50-70 degrés)

 

Barrières techniques : les membranes organiques traditionnelles peuvent résister aux températures<50℃, and are prone to aging and failure under high-temperature conditions.

 

Avantages de la membrane SiC : tolérance à long-à des températures élevées de 120 degrés, pas besoin de prétraitement de refroidissement, traitement direct des solutions d'alimentation à haute-température, économie de consommation d'énergie de refroidissement ; dans le même temps, une température élevée peut améliorer la fluidité de la solution d'alimentation, réduire la viscosité et augmenter le flux membranaire.

 

II. Points techniques clés pour l'application

1. Optimisation du prétraitement : un filtre à panier de 50 à 100 μm doit être installé pour éliminer les grosses impuretés particulaires (telles que le sable, le gravier et les fibres) afin d'éviter de rayer la surface de la membrane ; les eaux usées huileuses doivent d'abord subir un traitement de désémulsification (comme l'ajout de désémulsifiants ou une démulsification par ultrasons) pour réduire la charge d'encrassement de la membrane.

 

2. Contrôle des paramètres du processus

• Pression de fonctionnement : 1 à 5 bars recommandés pour éviter la déformation des pores de la membrane due à la haute pression ;
• Vitesse du flux croisé- : 0,5 à 2 m/s. Pour les eaux usées très polluées, le débit peut être augmenté de manière appropriée pour améliorer la force de cisaillement et supprimer la polarisation de la concentration ;
• Stratégie de nettoyage : adoptez une combinaison de "lavage à contre-courant à l'air-eau + nettoyage chimique". Cycle de rétrolavage : 15-30 min/heure ; cycle de nettoyage chimique : 3-6 mois/temps. Le lavage alcalin + le lavage acide sont préférés.

 

3. Conception de l'intégration du système
Conception modulaire pour une expansion flexible de la capacité basée sur le volume de traitement ; équipé d'un système de contrôle automatisé PLC pour surveiller des paramètres tels que le flux, la pression et la turbidité en temps réel, réalisant un lavage à contre-courant et un nettoyage chimique automatiques, réduisant ainsi les coûts d'intervention manuelle.

 

 

 

Processus couplés innovants : les membranes SiC sont couplées à des processus d'oxydation avancés (tels que l'oxydation catalytique à l'ozone), à ​​la distillation membranaire et à l'oxydation électrochimique pour obtenir une purification en profondeur et une récupération des ressources des eaux usées très difficiles.

 

Récupération étendue des ressources : lors du traitement des eaux usées contenant des métaux précieux et des matières organiques de grande valeur-, les membranes SiC peuvent assurer une rétention et une récupération efficaces des substances cibles, améliorant ainsi les avantages économiques du traitement des eaux usées.

 

Procédures de nettoyage et d'entretien après les expériences sur la membrane SiC
Les membranes SiC, avec leur résistance aux acides et aux alcalis, leur résistance à l'oxydation et leur résistance mécanique élevée, nécessitent un nettoyage et un entretien post-expérimentaux. L'objectif principal est d'éliminer complètement les contaminants de la surface et des pores de la membrane, de restaurer le flux et les performances de rétention de la membrane, de prévenir l'encrassement irréversible et de prolonger la durée de vie de l'élément membranaire. Vous trouverez ci-dessous les procédures standardisées de nettoyage et d'entretien, les points opérationnels clés et les précautions.

 

I. Prétraitement post-expérimental : évaluation des contaminants et rinçage préliminaire

Après l'expérimentation, le type et le degré d'encrassement de la membrane doivent être évalués avant de procéder à un nettoyage ciblé :

 

1. Jugement du type de contaminant

- Classification basée sur les caractéristiques expérimentales des aliments :

- Encrassement inorganique : après avoir traité des eaux usées à haute-dureté et haute-salinité, les carbonates de calcium et de magnésium et les oxydes métalliques (tels que Fe₂O₃, MnO₂) se déposent facilement à la surface de la membrane ;

- Encrassement organique : après avoir traité des eaux usées à haute -COD, huileuses et colorantes, les matières organiques, les graisses et les molécules de colorant facilement adsorbées dans les pores ;

- Encrassement biologique : après le traitement des eaux usées municipales et du bouillon de fermentation, les bactéries et les champignons se développent facilement à la surface de la membrane, formant un biofilm.

 

2. Calcul de la dégradation des fluides

Enregistrez le flux initial $J_0$ et le flux final $J_1$. Calculez le taux de décroissance du flux $\\eta=(J_0 - J_1) / J_0\\times100\\%$.

- Si $\\eta < 10\\%$ : seul un lavage à contre-courant à l'eau propre est requis ;

- Si $10\\%\\leq\\eta < 30\\%$ : un rétrolavage à l'eau claire + un simple nettoyage chimique sont nécessaires ;

- Si $\\eta\\geq 30\\%$ : un rétrolavage à l'eau propre + un nettoyage chimique renforcé sont nécessaires.

 

3. Lavage préliminaire à l’eau propre

- Utiliser un mode de lavage à contre-courant à flux croisés-, contrôlant la pression de lavage à contre-courant entre 0,5 et 1 bar et le débit de lavage à contre-courant entre 1,2 et 1,5 fois le débit de fonctionnement expérimental ;

- Utilisez de l'eau désionisée ou un perméat d'ultrafiltration comme moyen de lavage à contre-courant pour éviter d'introduire de nouvelles impuretés avec l'eau du robinet ;

- Temps de lavage à contre-courant : 10 à 15 minutes, jusqu'à ce que l'effluent du lavage à contre-courant soit clair et exempt de matières en suspension évidentes.

 

II. Processus de nettoyage chimique par étapes (étapes principales)
Sélectionnez le schéma de nettoyage en fonction du degré de contamination, en suivant le principe du « lavage alcalin d'abord, puis du lavage acide et de la désinfection si nécessaire », en évitant le mélange direct d'acides et d'alcalis.

 

1. Lavage alcalin : élimination des contaminants organiques et biologiques
Convient au nettoyage des membranes après des expériences avec des eaux usées huileuses à haute -DCO. Utilise une solution alcaline pour saponifier la graisse, décomposer la matière organique et décoller le biofilm.

- Formulations d'agents de nettoyage (au choix) :

- Formulation standard : solution de NaOH à 0,5–1 % (fraction massique) + 500–1 000 mg/L d'hypochlorite de sodium (NaClO) ;

- Formulation douce : solution de carbonate de sodium (Na₂CO₃) à 0,3–0,5 % + 300–500 mg/L de peroxyde d'hydrogène (H₂O₂) (convient aux applications sensibles au chlore-).

- Paramètres de fonctionnement :

- Température de nettoyage : 30 à 40 degrés (une augmentation de la température peut améliorer l'efficacité du nettoyage, mais ne doit pas dépasser 60 degrés) ;

- Pression de nettoyage : 0,3 à 0,8 bar, en utilisant un nettoyage à circulation à flux croisé-, vitesse de circulation de 0,8 à 1,2 m/s ;

- Temps de nettoyage : 30 à 60 minutes. En cas de forte contamination, laisser tremper pendant 1 à 2 heures avant le nettoyage par recirculation.

- Jugement du point final : la couleur et la turbidité de la solution de nettoyage sont stables et les valeurs DCO des solutions de nettoyage entrantes et sortantes sont essentiellement cohérentes.

 

2. Lavage à l'acide : élimination des encrassements inorganiques
Convient au nettoyage des membranes après des expériences avec des eaux usées à haute-dureté et haute-salinité, dissolvant le tartre inorganique et les précipités d'oxydes métalliques à la surface de la membrane.

- Formulations d'agents de nettoyage (au choix) :

- Formulation standard : solution d'acide citrique à 0,1–0,5 % (fraction massique) (ajuster le pH à 2–3, adaptée au nettoyage du tartre de calcium et de magnésium) ;

- Formulation améliorée : solution d'acide chlorhydrique (HCl) à 0,5 à 1 % (convient au nettoyage du tartre d'oxyde métallique ; évitez la forte corrosion acide de l'équipement).

- Paramètres de fonctionnement :

- Pression de nettoyage : 0,3 à 0,8 bar, vitesse de circulation du flux transversal-0,8 à 1,2 m/s ;

- Temps de nettoyage : 20 à 40 minutes, aucun chauffage requis, un nettoyage à température ambiante est suffisant ;

- Précautions clés : Après le lavage à l'acide, rincez le module à membrane avec beaucoup d'eau déminéralisée jusqu'à ce que le pH de l'eau de produit revienne à neutre (6–8) pour empêcher l'acide résiduel de corroder les éléments de la membrane.

 

3. Traitement de désinfection (facultatif) Si la solution expérimentale est une solution biologiquement active (telle qu'un bouillon de fermentation ou des eaux usées municipales), une étape de désinfection est nécessaire après un lavage alcalin pour tuer les micro-organismes résiduels.

- Désinfectant : solution d'acide peracétique de 1 000 à 2 000 mg/L ou solution d'hypochlorite de sodium de 500 à 1 000 mg/L ;

- Procédure : tremper pendant 30 minutes, puis rincer à l'eau déminéralisée jusqu'à ce qu'il ne reste plus de résidus de désinfectant.

 

III. Vérification de l'effet de nettoyage

Après le nettoyage, l'effet nettoyant doit être vérifié par des tests de flux pour garantir le rétablissement des performances de la membrane :

 

1. Test de flux d'eau pure : dans des conditions standard (température 25 degrés, pression 1 bar), testez le flux d'eau pure de la membrane $J_2$ ;

 

2. Calcul du taux de récupération de fluidité : taux de récupération de flux $\\gamma=J_2/J_0\\times100\\%$ ;

- Si $\\gamma\\eq90\\%$ : le nettoyage est qualifié et la membrane peut être utilisée pour l'expérience suivante ;

- Si 70 $\\%\\eq\\gamma<90\%$: The chemical cleaning process needs to be repeated;

- Si $\\gamma<70\%$: Irreversible fouling may exist. Check the membrane surface for damage and replace the membrane element if necessary.

 

IV. Stockage et maintenance à long terme-

Si l’élément membranaire doit être stocké pendant une période prolongée (plus de 7 jours) après l’expérience, il doit être scellé pour éviter la croissance microbienne et le blocage des pores de la membrane :

 

1. Stockage à court-terme (7 à 30 jours)

- Remplissez le module à membrane et la tubulure avec une solution d'hypochlorite de sodium à 0,05-0,1 % ;

- Scellez l'entrée et la sortie du module à membrane et placez-le dans un endroit frais et sec, en évitant la lumière directe du soleil.

 

2. Stockage à long-terme (plus de 30 jours)

- Après avoir terminé le nettoyage chimique et la validation du flux, trempez l'élément membranaire dans une solution de glycérol à 1 à 2 % pendant 30 minutes ;

- Égoutter l'excès de solution de glycérol, sceller l'entrée et la sortie et conserver dans un environnement de 0 à 40 degrés pour éviter les fissures dues au gel ou le vieillissement à haute température-.

 

V. Interdictions de nettoyage et d’entretien

1. N'utilisez pas d'acide fluorhydrique (HF) ou de produits de nettoyage contenant des fluorures, car ils corroderaient le matériau de la membrane SiC ;

 

2. Avoid prolonged high-temperature cleaning (>60 degrés) pour éviter le vieillissement des joints du module à membrane ;

 

3. Les solutions de nettoyage acides et alcalines doivent être préparées et stockées séparément. Le mélange direct est strictement interdit pour éviter la génération de gaz toxiques ;

 

4. Évitez les impacts à haute-pression pendant le nettoyage pour éviter d'endommager les tubes à membrane.