气态膜分离技术用于废水中氨氮的脱除回收富集纯化

气态膜分离技术用于废水中氨氮脱除/回收/富集/纯化秦英杰、刘立强天津大学化工学院中国洁海瑞泉膜技术有限公司2014年11月22日主要内容技术简介123稳定气态膜法脱氨技术其它特种膜分离技术简介4总结1.技术简介•秦英杰博士，天津大学化工学院特聘外籍教授、博导，中国洁海瑞泉膜技术有限公司创始人、董事长、首席科学家•自1988年开始从事新型特种膜分离过程的研究开发，26年来坚持不懈地开展节能、高效的特种膜分离技术的研发和工业化应用推广，形成了以疏水微孔膜为核心的一系列的新型特种膜分离过程，并且生产相应的膜产品和设备•致力于将现有成熟膜分离技术及设备大规模的应用推广，为化工、氯碱、纯碱、制药、石化、钢铁、火力发电、海水淡化及海水综合利用等行业的节能减排提供专业的、成套的解决方案，力求达到节能增益、变废为宝、内循环（趋）零排放的三重效果•目前在国内开展料液/废水脱氨、垃圾渗滤液达标处理、化工料液(酸、碱、盐、糖、甘油、乙二醇、二甲基亚砜）浓缩、浓海水及地下盐卤资源化加工处理、内陆地区反渗透浓水零排放处理等化工、环保工程项目1.技术简介新型膜过程特种纳滤蒸汽渗透膜法富氧空气过滤双极膜电渗析稳定气态膜多效膜蒸馏•传统的化工分离或环保过程，以及以超滤、反渗透为代表的膜分离过程，不能彻底或经济、有效的解决工农业生产的三废问题•解决三废、保护环境的重任，历史性地落在以新型膜分离过程为代表的新一代技术身上1.技术简介生产多种规格的中空纤维膜、平板膜、中空纤维管：•疏水微孔膜：聚丙烯（PP）、聚四氟乙烯（PTFE）•超疏水微孔膜：表面改性PTFE•空气分离膜•蒸汽渗透平板膜•渗透汽化膜•中空纤维管（PP、PTFE）1.技术简介•制作数种性能优异的膜组件，以及换热器；并利用这些膜组件/换热器及配套系统，实现新型高效特种膜分离过程可提供的技术、设备和服务：气态膜技术•料液/废水/废气中氨、胺、溴、氰化氢、硫化氢、二氧化碳、二氧化硫、酚类等反应性挥发组分脱除/回收/浓缩/纯化•膜臭氧吸收器：向废水中高效供应臭氧多效膜蒸馏技术•多种化工厂排放高浓盐水的高效深度浓缩•海水和苦咸水淡化，及浓盐水深度浓缩和综合处理•地下卤水或盐湖水的精制、浓缩及综合利用•（内陆地区）反渗透及阴阳床浓水的零排放处理1.技术简介2.1氨氮脱除的传统方法2.2稳定气态膜技术2.3稳定气态膜技术与传统过程的对比2.4中国洁海瑞泉膜技术有限公司的优势2.5气态膜技术的更广泛应用领域2.6工程应用2.稳定气态膜法脱氨技术2.1氨氮脱除的传统方法处理方法优点缺点适用范围生物法工艺成熟，脱氨效果好，运行成本低速率慢，流程长，反应器大，占地多，常需外加碳源，投资成本高低浓度氨氮废水吹脱或汽提法工艺简单，适用性强空气/蒸汽消耗大，能耗高，二次污染，易结垢各种浓度废水离子交换法工艺简单，操作方便，投资较省树脂用量大，再生难，费用高低浓度氨氮废水2.稳定气态膜脱氨技术2.1氨氮脱除的传统方法处理方法优点缺点适用范围磷酸铵镁沉淀（MAP）法操作简单,实现废水资源化用药量大，成本高；MAP用途有待开发各种浓度，尤其高浓度氨氮废水折点加氯法脱除率高，效果稳定液氯安全问题及有残余氯及氯代物污染，运行成本高低浓度氨氮废水电化学氧化法净化效率高、流程简单、占地面积小反应速度慢，电能消耗大，运行成本高低浓度氨氮废水2.稳定气态膜脱氨技术气态膜技术----适用于去除料液或料气中氨氮或其它反应性挥发性化合物高比表面积、高传质推动力操作弹性大，常温、常压下即可实现操作无液泛、泡沫夹带浓度和纯度较高的副产物有效避免二次污染低投资，低能耗显示了良好的应用前景2.稳定气态膜脱氨技术2.2稳定气态膜脱氨技术2.稳定气态膜脱氨技术采用性能优异的疏水微孔膜，以透过组分（挥发性组分）的蒸汽压差为驱动力，脱除、回收、富集料液或废水中挥发性反应性组分。含氨水溶液吸收液2.2稳定气态膜脱氨技术气提塔+化学吸收塔、或汽提塔+中和反应器的微观组合，同一设备同时实现挥发性物质的分离与富集；可使用石灰调节废水pH，无结垢堵塔现象，节省了操作费用；近常压操作，电能仅用于驱动料液通过膜组件，能耗节省80%；用于良好预处理后的废水脱氨时，操作性能稳定，使用寿命长；模块化设计，易放大；得到的副产物可以为硫酸铵、氯化铵、硝酸铵、磷酸氢二铵等铵盐，也可以是氨水；副产物可回用，降低整体处理成本。2.稳定气态膜脱氨技术每吨废水电耗目标产品：铵盐15-40度1度解吸(气提,吹脱)-酸吸收稳定气态膜法2.3稳定气态膜技术与传统过程的对比稳定气态膜技术无需消耗空气，无需消耗蒸汽只需消耗少许电能（吨水电耗1度）可使用石灰调节pH解吸(气提,吹脱)-酸吸收耗用大量空气（气液比3000-6000）石灰调节pH时，出现堵塔现象水温低时效率低，冬季需耗用蒸汽加热料液2.稳定气态膜脱氨技术每吨废水蒸汽耗目标产品：浓氨水120-180公斤18-40公斤精馏（蒸馏、汽提）稳定气态膜法复合工艺电耗1度/吨2.3稳定气态膜技术与传统过程的对比稳定气态膜技术蒸汽耗量低可使用石灰调节pH汽提（蒸馏、精馏）工艺耗用大量蒸气石灰调节pH，塔内件结垢2.稳定气态膜脱氨技术2.3稳定气态膜技术与传统过程的对比蒸汽耗量/吨废水电耗/吨废水备注吨元度元气态膜过程副产品为氨水0.046.010.7按0.7元/度电计算；按150元/吨蒸汽计算副产品为铵盐10.7传统汽提（蒸馏）（副产品为氨水）0.12～0.1818～27传统吹脱-吸收（副产品为铵盐）15~3010~21雾化解吸-吸收（副产品为铵盐）15~2010~142.稳定气态膜脱氨技术2.3稳定气态膜技术与传统过程的对比处理技术气态膜可逆气态膜沸石吸附吹脱吸收蒸汽汽提技术特点产品为铵盐，适合高浓度氨氮，200–30000mg/L产品为氨水，适合高浓度氨氮，200-30000mg/L适合低浓度氨氮（≤200mg/L）产品为铵盐，电耗高产品为氨水，蒸汽耗量大运行成本，元/吨*26~92~515~3020~30投资成本，万元/吨0.2~0.60.5~0.90.2~0.30.2~0.60.5~0.82.稳定气态膜脱氨技术2.4中国洁海瑞泉膜技术有限公司的优势（1）高效气态膜组件洁海瑞泉公司采用自己生产的两种中空纤维膜制作多种类型膜组件：聚丙烯（PP）微孔疏水膜组件，聚四氟乙烯（PTFE）微孔强疏水膜组件。特点：高传质系数（25℃下，传质系数K=4～15x10-6m/s），高比表面积（3000～5000m2/m3），可提供多种规格的膜组件以满足多种工程需求。膜组件生产能力：30万m2/年含氨氮水处理能力（脱除率≥99%）：1-4万吨/天2.稳定气态膜脱氨技术2.4洁海瑞泉膜技术有限公司的优势中空纤维膜规格单支组件有效膜面积(m2)处理量(L/h)传质系数(m/s)脱除率（%）PP-IΦ90*1000mm20604*10-699PP-II1006*10-699PTFE-I1006*10-699PTFE-II1258*10-699PTFE-III19012*10-699PP-IΦ150*1000mm561704*10-699PP-II2806*10-699PTFE-I2806*10-699PTFE-II3508*10-699PTFE-III53012*10-6992.稳定气态膜脱氨技术2.4洁海瑞泉膜技术有限公司的优势在提高气态膜及膜组件性能的基础上，强化预处理研究，形成针对不同料液的一系列预处理技术：低分子量截留超滤、多级泡沫分离、pH调整、树脂吸附、树脂螯合、臭氧化等；预处理目标：料液澄清，不污染、不堵塞、不润湿气态膜；适宜的、良好的预处理技术，达成的效果：----能为气态膜过程提高较好的料液----保证气态膜在长期运行过程保持良好的稳定性----拓宽气态膜的应用范围普通氨氮废水含有重金属离子的氨氮废水（2）料液预处理方面2.稳定气态膜脱氨技术2.4洁海瑞泉膜技术有限公司的优势硫酸硝酸盐酸硫酸铵硝酸铵氯化铵吸收剂副产物…………可再生吸收剂浓氨水（3）目标产品多样化2.稳定气态膜脱氨技术2.4洁海瑞泉膜技术有限公司的优势采用加石灰调碱法及高效预处理技术，可节约药剂成本近2/3（相比与氢氧化钠调碱）；气态膜脱氨过程中料液与大气隔绝，完全避免了氢氧化钙、碳酸钙等造成的结垢、堵塞等问题。（4）预处理技术经济有效2.稳定气态膜脱氨技术2.4洁海瑞泉膜技术有限公司的优势（5）专利技术，26年研究成果申请国际专利[3]一种低浓度氨氮废水或料液处理方法[P].中国发明专利申请201310217871,4，2013.[4]一种吸收剂可再生且副产浓氨水的气态膜法处理含氨料液或废水的方法[P].中国发明专利申请201310217487.4,2013.[1]秦英杰,何菲,刘立强,崔东胜,吴茵,赵建敏.一种用于脱除、回收、富集料液或废水中的氨或有机胺的稳定气态膜装置及方法[P].中国发明专利,ZL201110184468.7，2011.[2]秦英杰,刘立强,崔东胜,蔡腾豪,李海庆.一种垃圾渗滤液的综合处理方法[P].中国发明专利,ZL201210141598.7,2012.已授权2.稳定气态膜脱氨技术2.4洁海瑞泉膜技术有限公司的优势[1]Wang,S.C.,S.C.Xu,Y.J.Qin.MassTransferinMembraneAbsorption-DesorptionofAmmoniafromAmmoniaWater.ChineseJ.Chem.Eng.(EnglishEd.),1993,1(3):160-170.[2]QinY.J.,J.M.S.Cabral.Kineticstudiesoftheurease-catalyzedhydrolysisofureainabuffer-freesystem.Appl.Biochem.Biotechnol.,1994,49:217-240.[3]QinY.J.,J.M.S.Cabral,S.C.Wang.HollowFiberGas-MembraneProcessforRemovalofNH3fromSolutionofNH3andCO2.AIChEJ.,1996,42(7):1945-1956.[4]Qin,Y.J.,J.M.S.Cabral.ComparisonBetweenSGMandSLMfortheSeparationofNH3fromAqueousSolutionofNH3andCO2.J.Chem.Technol.Biotechnol.,1996,67,323-328.[5]QinY.J.,J.M.S.Cabral.HollowFiberSLMSeparationfortheSeparationofNH3fromAqueousMediaContainingNH3andCO2.J.Chem.Technol.Biotechnol.,1996,65:137-148.[6]QinY.J.,J.M.S.LumenMassTransferinHollowFiberMembraneProcesseswithConstantExternalResistances.AIChEJ.,1997,43(8),1975-1988.2.稳定气态膜脱氨技术2.4洁海瑞泉膜技术有限公司的优势[7]QinY.J.,J.M.S.Cabral.MassTransferinHollow-FiberMembranewithNonlinearBoundaryConditions.AIChEJ.,1998,44(4):836-848.[8]QinY.J.,J.M.S.Cabral.InfluenceoftheNernst-PlanckDiffusiononHollowFiberMembraneMass-TransferProcesses.AIChEJ.,1998,44(7):1529-1541.[9]QinY.J.,J.M.S.Cabral.TheoreticalAn