Un projecte de reutilització d'aigua recuperada en una ciutat industrial costanera: el director del projecte va comparar una vegada el sistema amb un conjunt de garbells de precisió en diverses etapes: des de membranes d'ultrafiltració fins a membranes d'osmosi inversa, la mida dels porus disminueix gradualment, sent la més fina només 0,1 nm, desenes de milers de vegades més prim que un cabell humà.
L'analogia és vívida, però només explica la meitat de la història. El que realment fa atractament d'aigües recuperadesEl procés d'ús industrial no és només la reducció gradual de la mida dels porus, sinó el fet que cada etapa crea les condicions de treball per a la següent. Si falta alguna etapa, els diners gastats en l'etapa posterior es malgastaran, no immediatament, sinó gradualment al llarg de tres mesos, en forma d'encrassement de la membrana, consum de productes químics creixent i qualitat de permeat deficient.
Etapa 1: pretractament: el menys glamurós, però el més digne d'inversió
Pantalles de barra, tancs d'equalització, flotació d'aire dissolt (DAF), coagulació-sedimentació: aquestes unitats poden semblar tecnològicament mundanes, però ofereixen el retorn de la inversió més alt de tota la cadena.
Pantalles de bareliminar fibres, fragments de plàstic i partícules més grans, amb un únic propòsit: evitar danys físics a les bombes i membranes aigües avall.
El que realment es subestimael dipòsit d'equalització. Les aigües residuals industrials presenten fluctuacions de qualitat molt més dràstiques que les aigües residuals municipals: quan una línia de producció de tintura canvia de lot, el DQO pot saltar de 800 a 3000 mg/L en una hora; durant els períodes de rentat de sòls en una planta alimentària, el flux instantani pot triplicar la mitjana. Sense un dipòsit d'equiparació amb un temps de residència suficient per igualar la qualitat i el cabal de l'aigua, el sistema biològic aigües avall es veurà commocionat repetidament i cada recuperació de la comunitat microbiana triga de tres a cinc dies.
DAF i coagulació-sedimentacióabordar un conjunt diferent de problemes: olis, col·loides i sòlids en suspensió. Les aigües residuals olioses, si no es redueixen a menys de 20 mg/L en aquesta etapa, formaran una capa d'encrassement irreversible a la superfície de la membrana. En el projecte d'un parc industrial que aconsegueix la reutilització total de l'aigua i la descàrrega de líquid zero, la primera secció del tren de tractament principal és "pantalla de barra → tanc d'equalització → DAF → coagulació-sedimentació": quatre passos tots dedicats al pretractament, que permet que l'A/O-MBR posterior produeixi efluents estables.
Aquí hi ha una conclusió contra-intuïtiva: els diners addicionals gastats en el pretractament normalment s'estalvien de tres a cinc vegades més en costos reduïts de substitució de membranes i pèrdues de temps d'inactivitat. Les lliçons més cares de la indústria gairebé totes provenen de "tallar els racons en el pretractament", però aquesta és precisament la secció on la reducció de costos és menys aconsellable en una cadena de procés de tractament d'aigua recuperada.
Etapa 2: Tractament biològic: deixar que els microorganismes manipulin la matèria dissolta
El pretractament tracta la "brutícia visible"; l'etapa biològica maneja la matèria orgànica dissolta i el nitrogen a l'aigua.
Processos convencionals d'A/O, SBR i d'oxidació de contacteessencialment, creen un entorn adequat perquè els microorganismes consumeixin DQO i nitrogen d'amoníac. L'efluent d'aquesta etapa normalment aconsegueix un DQO de 50-100 mg/L, seguit d'un aclariment enun clarificador secundari.
Bioreactor de membrana (MBR)adopta un enfocament diferent: utilitza mòduls de membrana amb porus al voltant de 0,1 μm per substituir directament el clarificador secundari. Els avantatges són clars: la terbolesa de l'efluent es pot mantenir de manera estable per sota d'1 NTU, els sòlids en suspensió són gairebé zero, la concentració de sòlids en suspensió del licor mixt pot ser de dues a tres vegades la dels processos convencionals i la petjada es pot reduir al voltant d'un 60%. En projectes de modernització amb limitacions d'espai reduïdes, MBR és sovint l'única opció viable.
Cal deixar clar que MBR resol la separació sòlid-líquid dins de l'etapa biològica; no elimina les sals. L'efluent clar no vol dir que es pugui reutilitzar directament en processos que tinguin requisits estrictes per als ions clorur. Ens hem trobat amb clients que, en veure els efluents MBR "tan clars com l'aigua embotellada", van suposar que el tractament profund aigües avall era innecessari, només per trobar que el factor de concentració del sistema d'aigua de refrigeració no es podia augmentar, provocant problemes d'escala i corrosió.
Etapa 3: Ultrafiltració: el guardaespatlles de l'osmosi inversa
Sistemes industrials d'ultrafiltraciótenen un paper en aquesta cadena que es pot resumir en una frase: mantenen viva la RO aigües avall durant més temps. Les membranes RO tenen requisits d'aigua d'alimentació força estrictes, mesurats principalment per dos índexs:terbolesa i l'índex de densitat de llim (SDI). La pràctica d'enginyeria generalment requereix un SDI d'alimentació per sota de 3 (els dissenys més estrictes demanen menys de 2,5) i una terbolesa per sota de 0,2 NTU. Les membranes d'ultrafiltració, amb mides de porus entre 0,01 i 0,1 μm, bloquegen eficaçment col·loides, bacteris, orgànics macromoleculars i sòlids fins en suspensió en aquesta porta.
Més enllà de protegir la RO, la ultrafiltració en si s'utilitza sovint com a unitat de tractament terminal.En molts projectes de tractament d'aigües recuperades, els punts de reutilització només són la reconstrucció de la torre de refrigeració, el rentat de tallers o l'enjardinament, sense un requisit estricte de sals dissoltes; en aquests casos, "MBR + ultrafiltració" ja és suficient i RO no és necessari.Els sistemes d'ultrafiltració funcionen normalment a 0,1-0,3 MPa, amb un consum d'energia molt més baix que l'OI d'alta pressió i poden aconseguir una taxa de recuperació superior al 95%.
La selecció del material de la membrana també mereix atenció.PVDF (fluorur de polivinilidè)ofereix una bona estabilitat química i resistència mecànica, cosa que la converteix en l'opció principal per a les aigües residuals industrials;PES (polietersulfona)té un flux més alt i millors propietats antiincrustantes, adequat per a aigua relativament neta;Membranes ceràmiquessón resistents a la calor i tolerants als àcids i àlcalis forts, però el seu cost sol ser diverses vegades el de les membranes polimèriques i només són rendibles en condicions especials.
Etapa 4: osmosi inversa i el concentrat que no es pot treure
L'OI només esdevé imprescindible quan l'aigua de reutilització té requisits clars de TDS, ions de clorur o conductivitat.Una RO d'una sola etapa pot reduir el TDS de 800-1500 mg/L a 50-150 mg/L, amb una taxa de rebuig de sal normalment superior al 99%; RO o RO de doble pas amb EDI poden assolir una conductivitat per sota d'1 μS/cm, satisfent les demandes d'aigua d'alimentació de caldera i aigua d'alta puresa.
Però RO té un cost inevitable: el concentrat. Amb una recuperació del 75%, el volum de concentrat és una quarta part del pinso, amb una concentració de sal quatre vegades superior a la del pinso; amb una recuperació del 90%, el concentrat és només una desena part, amb una concentració de sal deu vegades superior a la del pinso. Aquest flux ha de tenir una destinació clara. No tenir en compte la ruta d'eliminació del concentrat en l'etapa de disseny és la supervisió més habitual (i més fatal) en els projectes de reutilització; Molts sistemes es veuen obligats a funcionar a capacitat reduïda després de la posada en marxa precisament per això.
Etapa final: desinfecció, i un detall sovint oblidat
En els sistemes de reutilització de recirculació, la desinfecció amb gas clor no es pot utilitzar de manera casual. La cloració genera subproductes de desinfecció com ara trihalometans i àcids haloacètics a l'aigua que circula, i aquestes substàncies s'acumularan contínuament en el circuit tancat. Els sistemes de reutilització segons el marc del Reglament de la UE 2020/741 solen canviar-sediòxid de clor o ozó, combinat amb desinfecció ultraviolada (UV).. La UV té un avantatge addicional: és igual d'eficaç contra patògens resistents al clor com Cryptosporidium i no produeix subproductes.
El detall sovint oblidat és:la canonada. L'aigua recuperada té un pH, alcalinitat i composició iònica diferents en comparació amb l'aigua dolça; si s'utilitza la canonada d'acer al carboni existent per a la xarxa de recuperació, la taxa de corrosió pot augmentar significativament. Realitzar una avaluació de la compatibilitat del material de les canonades abans de la posada en marxa és molt més barat que substituir les canonades després.
El procés no es tracta d'apilar equips
Ajuntant tot l'anterior, un sistema complet de tractament de reutilització d'aigua normalment té aquest aspecte:
pantalla de barra → dipòsit d'equalització → DAF/coagulació-sedimentació → biològica (A/O o MBR) → ultrafiltració → (RO) → desinfecció → punt de reutilització.
Però el que realment determina l'èxit o el fracàs d'un projecte no és aquesta seqüència en si, sinó si els paràmetres de cada etapa coincideixen amb l'aigua específica amb què esteu tractant. Per a la mateixa capacitat de 5.000 m³/dia, un DQO influent de 500 enfront de 5.000 donarà lloc a dues solucions d'enginyeria completament diferents; si el punt de reutilització és una torre de refrigeració o una caldera pot triplicar la inversió.
Per això, quan se li pregunta "quin és el vostre procés estàndard?", Taihe Environmental Protection sol respondre: doneu-nos una setmana de dades d'influència contínua i després parlarem del procés. Les tecnologies de tractament de reutilització de l'aigua mai són un menú fix, sinó una caixa d'eines de combinacions modulars: col·locar cada etapa on correspongui és més important que apilar les unitats més avançades.