Introduction : Poussés à la fois par des objectifs d'émission de carbone et des réglementations environnementales strictes, le traitement des eaux usées et la réutilisation des ressources dans les industries de gazéification du charbon et de produits chimiques du charbon sont depuis longtemps passés d'une question « facultative » à une question « obligatoire ».
Les eaux usées chimiques du charbon sont complexes-contenant des niveaux élevés de DCO, d'azote ammoniacal, d'azote total, de cyanure, de phénols et d'autres polluants récalcitrants. La qualité des eaux usées traitées fluctue considérablement après le traitement biologique. Les processus traditionnels de « filtration multimédia + ultrafiltration organique » souffrent d'un faible flux, d'une rupture facile des fibres, d'un nettoyage fréquent et d'une courte durée de vie, ce qui rend difficile le respect des exigences de réutilisation. Existe-t-il une technologie capable de simplifier le prétraitement, de résister aux fluctuations de la qualité de l’eau, de fonctionner de manière stable avec un flux élevé et de maintenir ses performances sur le long terme ?
La réponse est : des membranes d’ultrafiltration en céramique.
Les données prouvent que les membranes d'ultrafiltration en céramique peuvent fonctionner de manière stable à un flux élevé de 150-180 LMH sans filtres multimédias, avec un cycle CEB dépassant 12 heures et un cycle CIP dépassant 1 mois. Le flux est 3 à 4 fois supérieur à celui des membranes organiques traditionnelles, ce qui en fait sans doute la « solution ultime » pour la réutilisation des eaux usées dans l'industrie chimique du charbon.
I. Réutilisation des eaux usées dans l’industrie chimique du charbon : trois problèmes inévitables
Le traitement chimique des eaux usées du charbon suit généralement une voie « homogénéisation → traitement biologique → filtration en profondeur → réutilisation ». Bien que les unités biologiques (SBR modifiés) puissent réduire considérablement la DCO et l'azote ammoniacal, les effluents souffrent toujours de grandes fluctuations de turbidité, de matières résiduelles en suspension (MES) et d'une pénétration facile de la matière organique. L’introduction directe de l’osmose inverse entraînera un encrassement des éléments membranaires, un nettoyage fréquent et une durée de vie raccourcie.
Les processus avancés traditionnels de traitement des eaux usées utilisent des filtres multimédias + une ultrafiltration à fibres creuses organiques, ce qui révèle trois lacunes majeures dans le fonctionnement réel :
* **Prétraitement complexe et empreinte importante :** Nécessite une filtration multimédia-une filtration sur charbon actif, ce qui entraîne des processus longs, un investissement élevé et une maintenance fastidieuse.
* **Les membranes organiques sont sujettes à la rupture des fibres et à la pénétration de l'eau :** Les fibres des membranes en plastique ont une faible résistance et se brisent facilement, conduisant à la pénétration de SS (solides en suspension) et de turbidité, contaminant les systèmes RO ultérieurs.
* **Faible flux et nettoyage fréquent :** Le flux de fonctionnement n'est que de 50 à 60 LMH, un nettoyage CEB est requis toutes les 1 à 2 heures et un nettoyage CIP toutes les 1 à 2 semaines, ce qui entraîne de longs temps d'arrêt et des coûts de maintenance élevés.
Les principaux problèmes du traitement des eaux usées dans les industries chimiques du charbon sont : les grandes fluctuations de la qualité de l'eau (DCO 50-150 mg/L, turbidité 2-10 NTU), la composition complexe des polluants et l'exigence d'une réutilisation stable à long terme, à laquelle les processus traditionnels ne peuvent tout simplement pas résister.
II. Membranes d’ultrafiltration en céramique : pourquoi surpassent-elles les membranes organiques ?
Les membranes d'ultrafiltration en céramique sont frittées à partir d'-alumine à haute température, possédant intrinsèquement des « propriétés inconditionnelles ». Par rapport aux membranes d'ultrafiltration organiques, elles présentent des avantages révolutionnaires : les membranes céramiques sont plus durables, plus robustes, ont un flux plus élevé et sont plus simples à entretenir, parfaitement adaptées aux conditions difficiles des eaux usées chimiques du charbon.
III. Résultats clés à l'échelle pilote : les données parlent d'elles-mêmes
(1) Fonctionnement stable à haut flux-
La membrane d'ultrafiltration en céramique a fonctionné de manière stable à un flux de 157 LMH, atteignant un maximum de 180 LMH, soit 3 à 4 fois celui des membranes organiques traditionnelles (50 à 60 LMH). Pour le même volume de traitement d’eau, le nombre de modules membranaires est réduit de 75 %, réduisant considérablement l’investissement en rack.
(2) Cycle de nettoyage ultra-long
CEB (Online Chemical Cleaning) cycle: >12 heures/cycle (membranes organiques 1 à 2 heures/cycle) ;
CIP (Offline Chemical Cleaning) cycle: >1 mois (membranes organiques 1 à 2 semaines/cycle) ;
Taux de récupération du nettoyage : proche de 100 %, sans dégradation des performances de la membrane.
(3) Qualité de l’eau de perméat extrêmement stable
Turbidité du perméat :<0.04 NTU;
Perméat SDI :<2;
Répond entièrement aux exigences en matière d'eau d'alimentation par osmose inverse et peut être directement réutilisé dans les systèmes d'eau en circulation et les systèmes de dessalement.
(4) Forte résistance aux fluctuations de la qualité de l’eau
Malgré la haute fréquence et les fluctuations significatives de la DCO et de la turbidité de l'eau d'alimentation, la qualité de l'eau de perméation de la membrane céramique reste constamment stable, sans risque de pénétration, résolvant ainsi le problème industriel des membranes organiques où « les fluctuations de la qualité de l'eau conduisent à des normes d'effluents excessives ».
IV. Valeur technique : la solution optimale pour la réutilisation des eaux usées chimiques du charbon
Ce test pilote a minutieusement vérifié la faisabilité technique des membranes d'ultrafiltration en céramique pour la réutilisation des eaux usées chimiques du charbon, apportant quatre valeurs fondamentales :
1. Flux de processus extrêmement simplifié et investissement considérablement réduit
L'élimination des unités de prétraitement telles que les clarificateurs, les-filtres multimédias et les filtres à charbon actif raccourcit le flux de processus de 60 %, réduit la surface au sol de 50 % et réduit les investissements en génie civil et en équipements de plus de 30 %. 2. Coûts d'exploitation et de maintenance réduits, gain de temps et d'efforts
Durée de vie de la membrane prolongée de 2 à 5 fois, coûts de remplacement annuels réduits de 80 % ;
Cycles de nettoyage prolongés de plus de 10 fois, temps d'arrêt réduits de 90 % ;
Pas besoin de remplacements fréquents des médias filtrants ou d'entretien des équipements de prétraitement, coûts de main d'œuvre réduits de 50 %.
3. Augmentation du taux de réutilisation, réduction de l’eau et du carbone
Le taux de récupération de l'eau du système a augmenté de plus de 2 %, la consommation d'eau douce a été considérablement réduite et les rejets d'eaux usées ont été réduits, ce qui correspond parfaitement aux exigences politiques de l'industrie chimique du charbon en matière de « conservation de l'eau, réduction des émissions et réutilisation des ressources ».
4. Protection des systèmes membranaires ultérieurs, durée de vie prolongée
Turbidité et SDI extrêmement faibles dans l'eau produite, aucune pénétration de contaminants, fréquence de nettoyage des membranes d'osmose inverse/nanofiltration réduite de 70 %, durée de vie prolongée de 3 à 5 ans, réduisant encore les coûts d'exploitation.
V. Conclusion : Les membranes en céramique vont remodeler le paysage du traitement chimique des eaux usées du charbon
L'industrie du traitement chimique des eaux usées du charbon inaugure une révolution technologique où les membranes céramiques remplacent les membranes organiques.
Les données prouvent que les membranes d'ultrafiltration en céramique peuvent traiter directement les eaux usées issues des processus chimiques et biochimiques du charbon, éliminant ainsi le besoin d'un prétraitement multimédia-. Ils offrent un débit élevé, des temps de cycle longs, une résistance aux fluctuations et une facilité d’exploitation et de maintenance, surpassant largement les processus d’ultrafiltration organique traditionnels dans tous les aspects.
Pour les entreprises chimiques du charbon telles que les usines de gazéification du charbon, d’ammoniac synthétique, de méthanol et de cokéfaction :
Nouveaux projets : L'adoption directe de la technologie d'ultrafiltration en céramique permet de réutiliser les eaux usées en une seule étape ;
Projets de mise à niveau : le remplacement de l'ultrafiltration organique par une filtration multimédia- améliore rapidement les normes et l'efficacité.
Les membranes d'ultrafiltration en céramique ne sont pas simplement un « bonus » pour le traitement chimique des eaux usées du charbon, mais une option essentielle pour parvenir à une réutilisation standard, à une réduction des coûts et à une amélioration de l'efficacité !