Equipos de tratamiento de aguas residuales

 

 

Las membranas de carburo de silicio (SiC), con sus principales ventajas de resistencia a altas temperaturas, resistencia a ácidos y álcalis, resistencia a la incrustación y alta resistencia mecánica, demuestran un rendimiento que supera con creces el de las membranas cerámicas orgánicas e inorgánicas tradicionales en escenarios como el tratamiento avanzado de aguas residuales industriales, la recuperación de recursos de aguas residuales municipales y la purificación de aguas residuales especiales altamente desafiantes. Se han convertido en la tecnología preferida para el tratamiento de aguas residuales en condiciones difíciles.

 

I. Escenarios de aplicaciones principales y soluciones técnicas

1. Tratamiento de aguas residuales industriales orgánicas de alta-concentración
Industrias aplicables: Carbón, petroquímica, farmacéutica, impresión y teñido, fabricación de papel.

 

Características de las aguas residuales: alta DQO, alta turbidez, contiene materia orgánica recalcitrante, algunas aguas residuales tienen altas temperaturas (60-120 grados)

 

Solución de aplicación:

• Etapa de pretratamiento: reemplazando la filtración de arena y la filtración multi-medios, las membranas de ultrafiltración de SiC pueden retener sólidos suspendidos, coloides y gotas de aceite, con una turbiedad del efluente menor o igual a 0,1 NTU y SDI menor o igual a 3, lo que proporciona agua de alimentación de alta-calidad para la ósmosis inversa (RO) y la nanofiltración (NF) posteriores, lo que extiende la vida útil de los elementos de membrana posteriores entre 3 y 5 veces.
• Etapa de tratamiento avanzado: las membranas de nanofiltración de SiC pueden retener pequeñas-moléculas de materia orgánica (como fenoles, colorantes y antibióticos). Combinado con procesos de oxidación avanzados (AOP), esto logra una profunda degradación de la DQO en las aguas residuales, cumpliendo con los estándares de emisión o los requisitos de reutilización.

Caso típico: en el tratamiento de aguas residuales con alto contenido de sal-de plantas químicas de carbón, las membranas de ultrafiltración de SiC funcionan de manera estable a 80 grados y un pH de 10 a 11, con una tasa de disminución del flujo de<5%/month and a chemical cleaning cycle of up to 6 months.

 

2. Tratamiento de aguas residuales aceitosas
Industrias aplicables: agua producida en yacimientos petrolíferos, emulsiones de procesamiento de metales, aguas residuales de catering

 

Características de las aguas residuales: Contiene aceite emulsionado y aceite disperso; El tamaño de las gotas de aceite es pequeño (1-100 nm), lo que provoca fácilmente la contaminación de la membrana.

 

Ventajas de la aplicación:

• 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%. Solución de aplicación: Utilizando un proceso de "pretratamiento de demulsificación + separación por membrana de ultrafiltración de SiC", se logra una separación eficiente de aceite-agua, con un contenido de aceite efluente menor o igual a 5 mg/L, que se puede reutilizar directamente como agua de reposición para el enfriamiento circulante.

 

3. Utilización de los recursos de aguas residuales municipales
Escenarios aplicables: mejora y renovación de plantas de tratamiento de aguas residuales municipales, reutilización de agua recuperada

 

Requisitos básicos: el efluente debe cumplir con el "Estándar de calidad del agua para uso de agua industrial en la reutilización de aguas residuales urbanas" (GB/T 19923-2005).

 

Ventajas de la aplicación:

• 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%.
• Tiene una fuerte resistencia a las cargas de choque; la estabilidad operativa del sistema no se ve afectada por las fluctuaciones en la calidad del agua entrante (DQO, picos de nitrógeno amoniacal); el ciclo de limpieza química es largo y los costos de operación y mantenimiento son un 30% más bajos que los MBR orgánicos.

 

4. Pretratamiento de aguas residuales de alta-salinidad para descarga cero

Industrias aplicables: aguas residuales de desulfuración de plantas de energía, aguas residuales de decapado metalúrgico, aguas residuales químicas con alto contenido de sal-

 

Características de las aguas residuales: Alto contenido de sal (TDS 10000-50000 mg/L), alta dureza, contiene iones de metales pesados

 

Valor de aplicación:

• Las membranas de ultrafiltración de SiC son resistentes a ambientes con alto contenido de sal-y no se hinchan ni se deforman debido a cambios en la presión osmótica; pueden retener partículas de incrustaciones formadas por iones de calcio y magnesio y coloides de hidróxido de metales pesados, evitando la obstrucción de evaporadores y cristalizadores posteriores.
• En comparación con los procesos de pretratamiento tradicionales (como el ablandamiento con cal), la dureza del efluente de los sistemas de membranas de SiC es<50 mg/L (calculated as CaCO₃), significantly reducing the risk of evaporator scaling and improving the operating efficiency of zero-discharge systems.

 

5. Tratamiento especial de aguas residuales-a alta temperatura

Escenarios aplicables: licor negro de fabricación de papel (temperatura 80-100 grados), aguas residuales de teñido a alta temperatura (temperatura 60-90 grados), caldo de fermentación farmacéutica (temperatura 50-70 grados)

 

Barreras técnicas: las membranas orgánicas tradicionales pueden soportar temperaturas<50℃, and are prone to aging and failure under high-temperature conditions.

 

Ventajas de la membrana de SiC: tolerancia a largo plazo-a temperaturas altas de 120 grados, sin necesidad de pretratamiento de enfriamiento, tratamiento directo de soluciones de alimentación de alta-temperatura, ahorro en el consumo de energía de enfriamiento; al mismo tiempo, la temperatura alta puede mejorar la fluidez de la solución de alimentación, reducir la viscosidad y aumentar el flujo de la membrana.

 

II. Puntos técnicos clave para la aplicación

1.Optimización del pretratamiento: se debe instalar un filtro de canasta de 50-100 μm para eliminar impurezas de partículas grandes (como arena, grava y fibras) para evitar rayar la superficie de la membrana; Las aguas residuales aceitosas deben someterse primero a un tratamiento de desemulsificación (como la adición de desemulsificantes o desemulsificación ultrasónica) para reducir la carga de suciedad de la membrana.

 

2.Control de parámetros del proceso

• Presión de funcionamiento: Se recomienda 1-5 bar para evitar la deformación de los poros de la membrana debido a la alta presión;
• Velocidad del flujo-cruzado: 0,5-2 m/s. Para aguas residuales altamente contaminadas, el caudal se puede aumentar adecuadamente para mejorar la fuerza de corte y suprimir la polarización de la concentración;
• Estrategia de limpieza: adopte una combinación de "lavado a contracorriente con aire-agua + limpieza química". Ciclo de retrolavado: 15-30 min/tiempo; Ciclo de limpieza química: 3-6 meses/tiempo. Se prefiere el lavado alcalino + lavado ácido.

 

3.Diseño de integración del sistema
Diseño modular para una expansión flexible de la capacidad según el volumen de procesamiento; equipado con un sistema de control automatizado PLC para monitorear parámetros como flujo, presión y turbidez en tiempo real, logrando retrolavado y limpieza química automáticos, reduciendo costos de intervención manual.

 

 

 

Procesos acoplados innovadores: las membranas de SiC se combinan con procesos de oxidación avanzados (como la oxidación catalítica con ozono), destilación de membranas y oxidación electroquímica para lograr una purificación profunda y recuperación de recursos de aguas residuales altamente desafiantes.

 

Recuperación ampliada de recursos: al tratar aguas residuales que contienen metales preciosos y materia orgánica de alto valor-, las membranas de SiC pueden lograr una retención y recuperación eficientes de las sustancias objetivo, mejorando los beneficios económicos del tratamiento de aguas residuales.

 

Procedimientos de limpieza y mantenimiento después de experimentos con membranas de SiC
Las membranas de SiC, con su resistencia a ácidos y álcalis, resistencia a la oxidación y alta resistencia mecánica, requieren limpieza y mantenimiento después-del experimento. El objetivo principal es eliminar completamente los contaminantes de la superficie y los poros de la membrana, restaurar el flujo y el rendimiento de retención de la membrana, prevenir la contaminación irreversible y extender la vida útil del elemento de la membrana. Los siguientes son procedimientos estandarizados de limpieza y mantenimiento, puntos operativos clave y precauciones.

 

I. Pretratamiento post-experimento: evaluación de contaminantes y enjuague preliminar

Después del experimento se debe evaluar el tipo y el grado de suciedad de la membrana antes de realizar la limpieza específica:

 

1. Juicio del tipo de contaminante

- Clasificación basada en las características del feed experimental:

- Incrustaciones inorgánicas: después de tratar aguas residuales de alta-dureza y alta-salinidad, los carbonatos de calcio y magnesio y los óxidos metálicos (como Fe₂O₃, MnO₂) se depositan fácilmente en la superficie de la membrana;

- Incrustaciones orgánicas: después del tratamiento de aguas residuales con alto contenido de -DQO, grasas y teñidos, la materia orgánica, la grasa y las moléculas de tinte se adsorben fácilmente dentro de los poros;

- Incrustaciones biológicas: después de tratar las aguas residuales municipales y el caldo de fermentación, las bacterias y los hongos crecen fácilmente en la superficie de la membrana, formando una biopelícula.

 

2. Cálculo de la descomposición del fluido

Registre el flujo inicial $J_0$ y el flujo final $J_1$. Calcule la tasa de caída del flujo $\\eta=(J_0 - J_1) / J_0\\times100\\%$.

- Si $\\eta < 10\\%$: Sólo se requiere retrolavado con agua limpia;

- Si $10\\%\\leq\\eta < 30\\%$: se requiere retrolavado con agua limpia + limpieza química simple;

- Si $\\eta\\geq 30\\%$: se requiere retrolavado con agua limpia + limpieza química mejorada.

 

3. Retrolavado preliminar con agua limpia

- Emplear un modo de retrolavado-de flujo cruzado, controlando la presión de retrolavado entre 0,5 y 1 bar y el caudal de retrolavado entre 1,2 y 1,5 veces el caudal operativo experimental;

- Utilice agua desionizada o permeado de ultrafiltración como medio de retrolavado para evitar la introducción de nuevas impurezas con el agua del grifo;

- Tiempo de retrolavado: 10 a 15 minutos, hasta que el efluente del retrolavado esté claro y libre de sólidos suspendidos evidentes.

 

II. Proceso de limpieza química por etapas (pasos principales)
Seleccione el esquema de limpieza en función del grado de contaminación, siguiendo el principio de "primero lavado alcalino, luego lavado ácido y desinfección si es necesario", evitando la mezcla directa de ácidos y álcalis.

 

1. Lavado Alcalino: Eliminación de Contaminantes Orgánicos y Biológicos
Adecuado para la limpieza de membranas después de experimentos con aguas residuales aceitosas y con alto contenido de DQO. Utiliza una solución alcalina para saponificar la grasa, descomponer la materia orgánica y retirar la biopelícula.

- Formulaciones de agentes de limpieza (elija una):

- Formulación estándar: solución de NaOH al 0,5–1 % (fracción de masa) + 500–1000 mg/L de hipoclorito de sodio (NaClO);

- Formulación suave: solución de carbonato de sodio (Na₂CO₃) al 0,3 %–0,5 % + 300–500 mg/L de peróxido de hidrógeno (H₂O₂) (adecuada para aplicaciones sensibles al cloro-).

- Parámetros operativos:

- Temperatura de limpieza: 30 a 40 grados (aumentar la temperatura puede mejorar la eficiencia de la limpieza, pero no debe exceder los 60 grados);

- Presión de limpieza: 0,3–0,8 bar, utilizando limpieza con circulación de flujo cruzado-, velocidad de circulación 0,8–1,2 m/s;

- Tiempo de limpieza: 30–60 min. Si está muy contaminado, déjelo en remojo durante 1 a 2 h antes de la limpieza con recirculación.

- Juicio de criterio de valoración: el color y la turbidez de la solución de limpieza son estables y los valores de DQO de las soluciones de limpieza que entran y salen son esencialmente consistentes.

 

2. Lavado con ácido: eliminación de incrustaciones inorgánicas
Adecuado para la limpieza de membranas después de experimentos con aguas residuales de alta-dureza y alta-salinidad, disolviendo incrustaciones inorgánicas y precipitados de óxido metálico en la superficie de la membrana.

- Formulaciones de agentes de limpieza (elija una):

- Formulación estándar: solución de ácido cítrico al 0,1–0,5 % (fracción de masa) (ajustar el pH a 2–3, adecuada para limpiar incrustaciones de calcio y magnesio);

- Formulación mejorada: solución de ácido clorhídrico (HCl) al 0,5–1 % (adecuada para limpiar incrustaciones de óxido metálico; evita la corrosión ácida fuerte del equipo).

- Parámetros operativos:

- Presión de limpieza: 0,3–0,8 bar, velocidad de circulación del flujo cruzado- 0,8–1,2 m/s;

- Tiempo de limpieza: 20 a 40 minutos, no requiere calefacción, la limpieza a temperatura ambiente es suficiente;

- Precauciones clave: Después del lavado con ácido, enjuague el módulo de membrana con abundante agua desionizada hasta que el pH del agua del producto vuelva a ser neutro (6–8) para evitar que el ácido residual corroa los elementos de la membrana.

 

3. Tratamiento de desinfección (opcional) Si la solución experimental es una solución biológicamente activa (como caldo de fermentación o aguas residuales municipales), se requiere un paso de desinfección después del lavado alcalino para matar los microorganismos residuales.

- Desinfectante: solución de ácido peracético de 1000 a 2000 mg/l o solución de hipoclorito de sodio de 500 a 1000 mg/l;

- Procedimiento: Remojar durante 30 minutos, luego enjuagar con agua desionizada hasta que no queden residuos de desinfectante.

 

III. Verificación del efecto de limpieza

Después de la limpieza, el efecto de limpieza debe verificarse mediante pruebas de flujo para garantizar la recuperación del rendimiento de la membrana:

 

1. Prueba de flujo de agua pura: en condiciones estándar (temperatura 25 grados, presión 1 bar), pruebe el flujo de agua pura de la membrana $J_2$;

 

2. Cálculo de la tasa de recuperación de fluidez: Tasa de recuperación de flujo $\\gamma=J_2/J_0\\times100\\%$;

- Si $\\gamma\\eq90\\%$: La limpieza está calificada y la membrana se puede usar para el siguiente experimento;

- 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. Almacenamiento y mantenimiento a largo plazo-

Si es necesario almacenar el elemento de membrana durante un período prolongado (más de 7 días) después del experimento, se debe sellar para evitar el crecimiento microbiano y el bloqueo de los poros de la membrana:

 

1. Almacenamiento-a corto plazo (entre 7 y 30 días)

- Llene el módulo de membrana y el tubo con una solución de hipoclorito de sodio al 0,05-0,1 %;

- Selle la entrada y salida del módulo de membrana y colóquelo en un lugar fresco y seco, evitando la luz solar directa.

 

2. Almacenamiento-a largo plazo (más de 30 días)

- Después de completar la limpieza química y la validación del flujo, remoje el elemento de membrana en una solución de glicerol al 1 o 2 % durante 30 minutos;

- Drene el exceso de solución de glicerol, selle la entrada y la salida y guárdelo en un ambiente de 0 a 40 grados para evitar grietas por congelación o envejecimiento a altas temperaturas.

 

V. Prohibiciones de limpieza y mantenimiento

1. No utilice ácido fluorhídrico (HF) ni agentes de limpieza que contengan fluoruros, ya que corroerán el material de la membrana de SiC;

 

2. Avoid prolonged high-temperature cleaning (>60 grados) para evitar el envejecimiento de los sellos del módulo de membrana;

 

3. Las soluciones de limpieza ácidas y alcalinas deben prepararse y almacenarse por separado. Está estrictamente prohibida la mezcla directa para evitar la generación de gases tóxicos;

 

4. Evite impactos de alta-presión durante la limpieza para evitar daños a los tubos de la membrana.

 

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