Traitement des effluents très salins : osmose inverse ou évaporation ?

Commencez par une analyse complète des ions et des contaminants, un bilan d'eau source par source et une destination définie de l'eau traitée et résiduelle. Réduire le volume inutile, éliminer les contaminants qui limitent la concentration, récupérer l'eau avec des membranes lorsque cela est techniquement et économiquement justifié, et utiliser l'évaporation ou la cristallisation uniquement pour le cours d'eau restant qui nécessite vraiment une concentration thermique. Le meilleur itinéraire est généralement un train intégré plutôt qu'une technologie fonctionnant seule.

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Présentation

Les eaux usées industrielles à haute salinité ne sont pas définies par une valeur TDS universelle et ne peuvent pas être traitées en sélectionnant un évaporateur à partir du seul débit. La limite pratique de l'osmose inverse dépend de la pression osmotique, de la saturation à l'échelle, des matières organiques, de la température, de la pression membranaire, de la récupération et de l'élimination des concentrés. Le traitement thermique peut accepter des aliments plus concentrés, mais l'énergie, la corrosion, la mise à l'échelle, la mousse et les solides résiduels deviennent des problèmes de conception centraux.

Ce que signifie "haute salinité" pour un projet

La SDT et la conductivité indiquent la quantité de matière dissoute, mais elles ne décrivent pas le comportement de cette matière. Deux eaux avec le même TDS peuvent avoir des caractéristiques différentes d'échelle, de corrosion, de pression osmotique et de solides parce que leur composition ionique est différente.

Les questions importantes sont les suivantes :

Quels ions dominent : sodium, calcium, magnésium, chlorure, sulfate, bicarbonate, silice, fluorure ou autres ?
Les métaux, les organiques, le pétrole, les tensioactifs, l'ammoniac ou les composés volatils sont-ils présents?
Le flux est-il acide, alcalin ou sensible à la température ?
La composition change-t-elle par lot, campagne ou nettoyage ?
Peut-on récupérer un flux concentré de produits chimiques ou de sels avant dilution?
La cible est-elle la décharge, la réutilisation, la réduction de volume, la décharge liquide minimale ou ZLD?

Un fournisseur ne devrait pas utiliser la valeur élevée de TDS pour remplacer cette analyse.

Sources communes d'eaux usées à haute salinité

Les flux de haute salinité peuvent provenir de la production chimique, de la fabrication de piles et d'électroniques, de la teinture textile, de la finition des métaux, de l'exploitation minière, de la production d'électricité, de la transformation des aliments, du dessalement, de la régénération par échange d'ions et des systèmes à membrane existants.

Voici des exemples :

Concentré RO ou nanofiltration;
Régénérateur d'échange d'ions;
la tour de refroidissement ou l'explosion de la chaudière;
déchets de procédés acides ou alcalins;
les bains de teinture à haute teneur en sel;
l'explosion de la épurateur;
liqueur maternelle et eau de lavage;
décapage ou traitement de surface des eaux usées;
Les eaux usées du FGD;
concentré de lixiviat.

Ces flux ne devraient pas être automatiquement combinés. Une solution de sel relativement propre peut être plus facile à récupérer ou à concentrer qu'un flux mixte contenant de l'huile, de la dureté, de la silice et de la DCO réfractaire.

L'ensemble minimal de données pour la sélection du processus

Débit et mode de fonctionnement

Fournir le débit moyen, le débit maximal et le débit minimal; le volume et la durée des lots; les heures de fonctionnement; la température; et les changements futurs attendus. Les systèmes thermiques sont sensibles au volume réel de l'alimentation, tandis que les pics de lots peuvent déterminer la taille du réservoir et du prétraitement.

Analyse ionique complète

Inclure la conductivité, le TDS, le pH, l'alcalinité et les principaux cations et anions. Le calcium, le magnésium, le baryum, le strontium, la silice, le sulfate, le carbonate, le fluorure et le phosphate peuvent être importants pour les calculs d'échelle. Le chlore et la température influencent fortement le choix des matériaux.

Matières organiques et en suspension

Analyser la DCO, la COT, la DBO, le cas échéant, la ST, la turbidité, l'huile et la graisse, les agents tensioactifs et les substances organiques identifiées. Les matières organiques volatiles ou l'ammoniac peuvent passer dans le condensat d'évaporateur et peuvent nécessiter un contrôle en amont ou un polissage par condensation.

Cible et itinéraire résiduel

Préciser la qualité de l'eau traitée, le point de réutilisation, le rejet de liquide autorisé et la voie résiduelle finale. Vérifier si les boues, la saumure ou le sel peuvent être éliminés localement et sous quelle classification. ZLD est incomplet sans cette réponse.

Premier principe : réduire le volume avant de le concentrer

Chaque mètre cube envoyé à une membrane à haute pression ou à un traitement thermique entraîne des coûts d'investissement et d'exploitation. Examiner le bilan d'eau de l'usine avant l'équipement de calibrage.

Les mesures possibles sont les suivantes :

séparation des flux propres de refroidissement ou de condensation;
par rinçage à contre-courant;
récupérer le produit ou la solution de bain à la source;
la séparation des cours d'eau forts et faibles;
empêcher les eaux pluviales ou les eaux de service d'entrer dans les drains de traitement;
Optimiser la récupération des RO existants sans dépasser les limites de calibrage;
réutiliser de l'eau à faible résistance avant qu'elle ne devienne des eaux usées mélangées.

La réduction de la source n'élimine pas la nécessité d'un traitement, mais elle peut changer un projet thermique du débit total d'eaux usées en un seul concentré final.

Étape 1: Prétraitement pour protéger la récupération en aval

Le prétraitement devrait cibler les contaminants qui limitent la prochaine étape de concentration.

Matières solides et colloïdes en suspension

La clarification, la filtration, l'ultrafiltration ou une autre étape de séparation peuvent être utilisées selon les caractéristiques des solides. Les systèmes à membrane fine ont besoin d'une alimentation stable à faible teneur en soufre, et non seulement d'un faible résultat moyen en SAT.

Dureté et ions formant une échelle

L'adoucissement chimique, les précipitations, l'échange d'ions, les membranes sélectives ou le pH contrôlé peuvent réduire le risque d'échelle. La bonne voie dépend des ions, de la cible de récupération et des conséquences sur les boues.

Antiscalant est un outil de conception, pas la permission d'ignorer la saturation. Demandez les hypothèses de projection, le facteur de concentration, la température et le plan de nettoyage.

Métaux

Les métaux peuvent précipiter à mesure que le pH et la concentration changent. Enlevez-les si nécessaire avant les membranes ou l'évaporation, et comptabilisez les boues qui en résultent.

Produits biologiques, huile et surfactants

Ces substances peuvent encrasser les membranes, la mousse dans les évaporateurs, contaminer le condensat et affecter la cristallisation. Le traitement physico-chimique, le traitement biologique, l'oxydation, l'adsorption, la séparation ou la récupération peuvent être évalués en fonction des composés présents.

Silice et sels difficiles

La silice et les sels faiblement solubles déterminent souvent la récupération réalisable. Les essais en laboratoire et la modélisation des procédés devraient porter à la fois sur la composition moyenne et sur la composition la plus défavorable.

Étape 2: Déterminer si l'osmose inverse est appropriée

RO utilise la pression pour surmonter la pression osmotique et produire du perméat tout en conservant une grande partie du matériel dissous. Il est souvent plus économe en énergie que l'évaporation du même volume d'eau, de sorte qu'il peut être utilisé avant la concentration thermique lorsque les conditions d'alimentation le permettent.

RO vaut la peine d'évaluer quand

la pression osmotique se situe à l'intérieur de la membrane et de l'équipement choisis;
le prétraitement peut contrôler l'encrassement et l'échelle;
la qualité requise du perméat est réalisable;
une récupération acceptable peut être atteinte;
le nettoyage et le remplacement des membranes sont pratiques;
le concentré a une étape suivante définie.

RO devient moins attrayant lorsque

la pression osmotique d'alimentation ou de concentration approche les limites de pression pratiques;
la saturation de l'échelle limite la récupération;
les matières organiques, l'huile ou la croissance biologique provoquent une encrassement instable;
la température ou la chimie dépasse la compatibilité membranaire;
la récupération nécessaire laisse un concentré inexploitable;
un nettoyage fréquent ou une courte durée de vie des membranes affaiblit les coûts d'exploitation.

Il n'y a pas de numéro TDS universel auquel s'arrête l'ERO. Un fournisseur doit présenter une projection ionique, une pression et une estimation de récupération, non seulement une marque de membrane et une capacité nominale.

Concepts standard de recouvrement élevé par rapport aux concepts standard de recouvrement

Les passages multiples, l'échelonnement des concentrés, l'ajustement du pH, l'adoucissement, la nanofiltration ou d'autres configurations à forte récupération peuvent étendre la concentration de membrane. Chaque étape supplémentaire modifie l'échelle, le nettoyage, la consommation de produits chimiques et les contrôles. La comparaison correcte est la récupération totale de l'eau et le coût résiduel, et non le pourcentage de récupération imprimé pour un tableau.

Étape 3 : Concentration de membrane au-delà des RO classiques

La nanofiltration peut séparer les ions multivalents et monovalents pour réduire l'échelle ou soutenir le fractionnement du sel dans certaines applications. L'électrodialyse, l'inversion de l'électrodialyse, le RO à haute pression, la distillation osmotiquement assistée ou la distillation membranaire peuvent être évalués pour des eaux particulières.

Ce ne sont pas des technologies interchangeables. Leur faisabilité dépend de la composition ionique, des composés organiques, de la concentration cible, de la source d'énergie, de la compatibilité des membranes et des preuves d'exploitation commerciale à l'échelle requise.

Pour les achats, demandez :

Quelle enveloppe alimentaire est garantie?
Quel prétraitement est supposé?
Quelle est la récupération et la concentration attendues à la température la plus défavorable?
Quelles opérations de contrôle des indices de salissure ou de graduation?
Quelles sont la fréquence de nettoyage et les produits chimiques supposés?
Que se passe-t-il pendant l'alimentation hors spécification?
Où va le concentré restant?

Les essais pilotes sont utiles lorsque le processus dépend d'une récupération élevée près d'une échelle ou d'une limite de pression.

Étape 4: Quand l'évaporation devient la prochaine étape pratique

L'évaporation sépare l'eau en vapeur et laisse un liquide ou des solides plus concentrés. Il peut traiter les flux au-delà de la plage pratique de salinité du RO conventionnel, mais l'énergie thermique et la matière de stabilité de transfert de chaleur.

Raisons d'envisager l'évaporation

il n'y a pas de décharge de concentré liquide acceptable;
le volume de concentré est déjà réduit au minimum;
la récupération de l'eau justifie l'énergie et le capital;
le résidu peut être géré;
la vapeur, l'électricité ou la chaleur résiduelle disponible soutient le procédé sélectionné;
les membranes ne peuvent pas atteindre la concentration requise de manière fiable.

Problèmes d'alimentation qui doivent être testés

Le calibrage peut réduire le transfert de chaleur. Les bios et les surfactants peuvent mousser. Les chlorures et la température affectent la corrosion. Les composés volatils et l'ammoniac peuvent entrer dans le condensat. Les solides élevés ou la viscosité peuvent altérer la circulation. L'élévation du point d'ébullition modifie les calculs d'énergie et de capacité.

Une proposition d'évaporateur devrait donc inclure l'enveloppe d'alimentation, l'objectif de concentration, l'élévation prévue du point d'ébullition, la source de chaleur, la base d'utilité spécifique, la philosophie de circulation, la stratégie de nettoyage, les matériaux humidifiés, les attentes de condensation et la méthode de rejet résiduel.

MEE, MVR et circulation forcée: différentes décisions

L'évaporation à effet multiple réutilise l'énergie de vapeur à travers les effets et repose généralement sur une source de vapeur externe. La recompression mécanique de vapeur compresse la vapeur et la réutilise comme chauffage de la vapeur, ce qui entraîne généralement une augmentation de la demande en électricité. La circulation forcée déplace rapidement le liquide par un chauffage externe et peut aider à gérer les tâches de cristallisation ou d'encrassement.

Ces descriptions ne déterminent pas la meilleure configuration. La sélection dépend de la capacité, du prix de la vapeur et de l'électricité, de la source de chaleur, de l'élévation du point d'ébullition, de l'encrassement, du comportement de cristallisation, du renversement, de la capacité de l'opérateur et de l'entretien.

Un fournisseur devrait comparer les services publics et le nettoyage sous la même base d'alimentation et de concentration. Citation d'un nombre d'économies d'énergie sans cette base n'est pas significatif.

Étape 5: Cristallisation et résidus finaux

Si ZLD nécessite des solides, un cristallisateur, un sécheur, une presse-filtre ou un autre stade de séparation des solides peut suivre l'évaporation. La matière résultante peut contenir des sels mélangés, des produits organiques, des métaux et des produits chimiques de traitement.

Ne présumez pas qu'il s'agit d'un sel commercial. Confirmer la composition, la pureté, l'humidité, la lixiviabilité au besoin, les caractéristiques de manutention, l'emballage, l'entreposage et la destination autorisée. Si la vente ou la réutilisation est proposée, exiger un itinéraire réel et une spécification du produit.

L'alcool maternel, l'eau de lavage et les déchets de nettoyage doivent rester à l'intérieur du bilan massique. De petits flux liquides récurrents peuvent empêcher un système d'être vraiment zéro décharge liquide.

Balance de masse de l'eau et du sel

Une proposition claire devrait indiquer:

débit et composition des aliments pour animaux;
boues de prétraitement et lavages;
imprégner et concentrer la membrane;
distillat et concentré d'évaporation;
les solides cristallisants et l'alcool maternel;
le nettoyage et l'extinction des cours d'eau;
destination de l'eau récupérée;
tous les points d'évacuation.

Utilisez une disponibilité et un temps de nettoyage réalistes, non seulement la capacité horaire de la plaque signalétique. L'équilibre devrait être fermé pour l'eau et les principaux constituants dissous.

Matériaux de construction

La salinité élevée devient plus agressive à mesure que la température et la concentration augmentent. Examiner les matériaux pour réservoirs, tuyauteries, pompes, échangeurs de chaleur, corps d'évaporateur, décodeurs, joints et instruments.

Le niveau de chlore seul n'est pas suffisant. Considérez le pH, les oxydants, les conditions de réduction, la température, les crevasses, la vitesse, les solides abrasion et les produits chimiques de nettoyage. Lorsque l'incertitude est importante, les essais de corrosion ou l'examen de matériaux spécialisés peuvent être justifiés.

Essais de traitabilité et travaux pilotes

Objectifs des essais de membrane

Mesurer le flux, le rejet, la pression, la récupération, le début de l'échelle, l'encrassement, la réponse au nettoyage et la qualité du concentré. Utiliser de l'eau réelle prétraitée et inclure les variations saisonnières ou par lots.

Objectifs des essais d'évaporation

Mesurer le comportement de concentration, l'échelle, la mousse, la viscosité, l'élévation du point d'ébullition, le condensat COD/ammonia/conductivité, la morphologie des solides et la réponse au nettoyage. Testez le concentré réel attendu après les membranes en amont si possible.

Objectifs de cristallisation et de déshydratation

Évaluer la croissance cristalline, la filtration, l'humidité des gâteaux, la rétention mère-liquide et la manipulation des solides. Un échantillon de laboratoire à l'aspect sec ne représente pas automatiquement un fonctionnement continu.

Les essais ne remplacent pas l'ingénierie, mais ils réduisent l'incertitude quant à la base de conception et aux critères d'acceptation.

Essais en usine, inspection de l'expédition et préparation du site

Les essais en usine peuvent vérifier la fabrication, l'identification, les dimensions, les enregistrements de matériaux, les pompes, les vannes, les instruments, les commandes, les alarmes, les interlocks, les fonctions de vide ou de pression, le cas échéant, et la circulation de l'eau propre. Un système thermique peut aussi nécessiter des contrôles des compresseurs, des échangeurs de chaleur, des séparateurs et des dispositifs de sécurité.

Les essais en usine ne peuvent pas prouver une mise à l'échelle à long terme, l'encrassement de la membrane, la qualité du condensat ou les caractéristiques du sel sans alimentation de procédé représentative. Ceux-ci font partie des tests de performance convenus sur le site.

L'inspection de l'expédition doit vérifier les exigences en matière de conservation, de stockage sec ou humide, de raccordements plafonnés, de points de levage, de composants lâches, de protection contre l'isolation, de listes d'emballage, de pièces de rechange et d'emballages d'exportation.

Avant l'installation, confirmer les fondations, le drainage, la ventilation, le levage, l'accès au service, la vapeur ou la capacité électrique, le refroidissement, l'eau propre, l'air comprimé, le stockage chimique, l'acheminement du condensat, le stockage résiduel et le confinement d'urgence. Les systèmes à haute salinité ont besoin d'espace pour le nettoyage et l'enlèvement des composants à échelle ou usés.

Comment comparer le coût total

Le seul coût en capital peut favoriser un système sous-déterminé. Comparer :

électricité, vapeur, eau de refroidissement et eau propre;
produits chimiques et antiscalaires;
membrane et remplacement consommable;
fréquence de nettoyage et temps d'arrêt;
élimination des boues, saumure et sel;
la charge de travail des opérateurs et des laboratoires;
pièces de rechange et service international;
valeur de récupération de l'eau ou du produit;
le coût du fonctionnement hors spécification et de l'élimination de secours.

Demandez aux fournisseurs d'indiquer l'alimentation, la récupération, la concentration et les heures d'exploitation annuelles derrière leur estimation de l'utilité.

Erreurs communes en matière d'approvisionnement

Sélection d'un évaporateur dans le flux et TDS seulement.
Utilisation de la conductivité sans analyse ionique complète.
En supposant un TDS maximal universel pour RO.
Maximiser la récupération de la membrane sans vérifier la saturation de l'échelle.
Traitement de l ' antiscalaire comme substitut au prétraitement.
Ignorer les contaminants volatils dans le condensat de l ' évaporateur.
Appelant les solides résiduels mélangés un sel vendable.
Laisser l ' alcool maternel et nettoyer les déchets en dehors de la balance ZLD.
Comparaison entre le MVR et le MEE et différentes hypothèses concernant les aliments pour animaux ou la concentration.
Utilisation de FAT à eau propre comme preuve de la performance à long terme du procédé.

FAQ

À quel point l'osmose inverse cesse-t-elle de fonctionner?

Il n'y a pas de coupure unique. La faisabilité pratique dépend de la pression osmotique, des limites de pression membranaire, de la température, de l'échelle, de l'encrassement, de la récupération et de la qualité requise du perméat. Une analyse et une projection complètes sont nécessaires.

L'évaporation est-elle toujours nécessaire pour le ZLD?

La plupart des routes ZLD conventionnelles utilisent la concentration thermique et la manipulation des solides, mais la configuration requise dépend de l'alimentation, de la cible de récupération et de la voie résiduelle. Réduction de la source et membranes peuvent réduire la charge thermique.

Quel prétraitement est nécessaire avant un évaporateur?

Elle dépend des ions formant l'échelle, des solides en suspension, des matières organiques, du pétrole, des tensioactifs, des métaux, de l'ammoniac et des composés volatils. L'adoucissement, la clarification, la filtration, l'oxydation, le traitement biologique ou d'autres étapes peuvent être évalués.

L'évaporateur peut-il être réutilisé directement?

Pas automatiquement. Les composés volatils, l'ammoniac, les produits d'entraînement et de corrosion peuvent affecter le condensat. Analysez-le en fonction des spécifications de réutilisation prévues et ajoutez le polissage au besoin.

MVR est-il toujours plus économe en énergie que MEE ?

MVR peut réduire la demande extérieure de vapeur mais utilise de l'électricité et dépend de la performance du compresseur de vapeur et de l'élévation du point d'ébullition. MEE peut être attrayant lorsque les conditions de vapeur sont favorables. Comparez les deux sur la même base de conception.

Quelles informations appartiennent à un RFQ à haute salinité?

Fournir la carte des sources, l'analyse ionique et organique complète, la variation du débit, la température, le prétraitement existant, la récupération requise, la destination de l'eau, la voie d'élimination résiduelle, les prix et la disponibilité des services publics, les conditions du site et l'emplacement du projet.

Conclusion

Le traitement des eaux usées à haute salinité est un problème de concentration par étapes et de gestion des résidus. Les projets les plus solides réduisent le volume inutile, éliminent les contaminants particuliers qui limitent la récupération, utilisent des membranes dans une enveloppe de fonctionnement défendable et réservent le traitement thermique pour le cours d'eau qui en a réellement besoin.

Chaque proposition devrait comprendre un bilan de l'eau et du sel, une base d'utilité réaliste, un examen des matériaux, une stratégie de nettoyage et une voie résiduelle finale. Cette information est plus précieuse qu'une étiquette technologique ou un pourcentage de récupération non soutenu.

CTA

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