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陶氏水处理在废水近零排放工艺开发中如何探索与创新
浏览次数:396发布时间:2017-12-21 09:43:05 文章来源:
    随着环保设备业今年的政策利好消息不断,在千亿产值的目标下,各大水处理上游企业纷纷布局进一步的技术研发与创新突破。今天,GWI就为大家带来陶氏水处理及过程解决方案全球研发部总监乔治·巴克利(George Barclay)先生的专访,一起来看一看陶氏是如何在废水近零排放工艺开发中探索与创新的,未来又将如何突破膜产品的传统应用界限。
  问题01
  陶氏在制定技术战略的过程中,最重要的市场驱动因素是什么?
  在未来五年,全球水资源的匮乏与日益增长的供水需求将继续大幅推动水处理产业的发展。目前,我们的用户依然面临着水资源短缺与排放标准日趋严格的双重压力。在这一压力下,他们不得不通过采用一定工艺来淡化海水、苦咸水或处理再生水以达到所需的水质标准。所以,先进的优化水处理工艺变得越来越重要,我们需要帮助用户最大程度地降低处理成本、能耗、药剂的使用和后续的维护费用。
  问题02
  陶氏在研发中重点关注的技术领域是什么?为什么呢?
  正如我之前所说,在淡水资源短缺和排放标准愈加严格的背景下,废水回用将成为趋势。事实上,现在的大部分工厂都已经在回收并回用工厂生产所排放的废水。在这一趋势下,对于陶氏而言,我们最大的挑战是针对不同的出水水质要求和应用领域,开发出相适合的组合工艺,对废水进行不同程度的处理。
  为了实现 “在正确的时间、正确的用水领域,采用正确的用水水质”的目标,我们通过提高工艺效率、调整并系统化处理技术,以满足特定用途的水质需求。
  比如,在陶氏所提供的近零排放工艺包中,采用了包含超滤、离子交换和高压反渗透在内的多项技术,通过这些技术的组合,不仅进一步提高废水回收率,还减少了后续蒸发器所需处理的水量,极大地节省了运行成本。而在市政和家用水处理领域,我们则认为分散式水处理系统具有很大的发展潜力。对于分散式水处理系统而言,它允许我们对每个实际的用水点的处理技术进行调整,而不是通过管道连接至中央控制系统进行管理,这样可以避免产生过度处理或处理不足的问题。
  陶氏在全球拥有8个先进的研发中心。值得一提的是,我们在西班牙塔拉戈纳建立的水技术中心创新地将实验室和工厂相结合,为研究人员和用户提供了现场模拟、运行测试和方案优化的操作平台。在这个研发中心,我们采用了不同种类的水源作为处理进水,包括中心附近化学园区的工业废水和地中海的海水。
  问题03
  在陶氏的水处理技术中,您认为哪些是可以进一步优化的呢?
  在水处理工艺中,如何在处理效果和能耗控制中寻求平衡是一直以来我们和用户所共同探寻的关键问题。为了在低能耗的基础上最大程度地回用水资源,我们需要实时关注最新的行业发展动态,并积极探寻有效的解决方案。
  比如,用生物法对废水进行处理具有很高的运营成本,约占全球电能使用的2~3%左右。基于降低这部分能耗的考虑,陶氏与OxyMem公司签订合作协议,旨在运用OxyMem成功商业化的曝气膜生物反应器(MABR)技术,将生物法处理过程的能耗大幅减少60~70%。除此之外,我们也将继续探索其他的生物反应器技术,希望为废水的二级处理工艺提供更加完善和优化的解决方案。
  问题04
  您认为未来膜工业的革新技术将可能有哪些?
  随着技术创新的不断推进,膜分离技术的性能稳定性和经济可行性都有了很大的提升。这一提升对于应对工业水处理市场在能源消耗、污染控制和废水回用的要求至关重要。而随着膜技术的发展,未来的产品将进一步减少工艺处理系统的固定支出、降低能耗、并提高膜产品本身的使用寿命和性能适用范围(如增加耐高温性和耐酸碱性等)。
  另一方面,膜技术的发展同时也使得一些水资源开源增量的方法,如海水淡化成为了更加节能可行的选择。实际上,现阶段使用膜对水进行处理的能耗已经被削减近三倍,仅占总运营成本的33%。然而,虽然膜技术整体的能耗水平在优化降低,但它同时也已经濒临反渗透过程热力学的极限,进一步推进这一进程将会变得很困难,尤其是在海水淡化领域。
  而当我们将膜技术应用于废水回用领域时,也将碰到所有膜工艺里面都会碰到的难题,也就是膜污染的问题。控制膜污染的一些方法同时也会带来能耗,能够在节能降耗的同时减少膜污染,这是用户最迫切希望解决的问题。
  问题05
  陶氏将如何优化离子交换树脂及相应处理工艺?
  在陶氏的下一代DOWEX MARATHON离子交换树脂中,我们对树脂的技术组成进行了改变,以创造出更开放的结构,这意味着树脂具备更高的运行交换容量。此外,我们同时将这一技术与优化的系统设计相结合,原水生产力可提高10%,从而帮助操作人员大幅降低产水成本。
  诸如此类的技术创新正在填补工业水处理和回用水领域成本效益最大化的技术空白,其中包括油气田、食品饮料、重工业等行业的水处理,以及冷却塔循环水回用等应用领域。
  问题06
  陶氏将如何利用物联网(IoT)和智能监控系统来改善水处理工艺?
  通过将智慧水务技术与水处理工艺相结合,我们可以对潜在的运行风险进行检测和预防,以优化运行系统。比如,系统中安装的传感器能够通过监测水质情况而对纳滤系统中的生物污染程度发出信号。而未来,我们还将采用先进的数据分析技术对膜运行系统进行管理。这些技术的结合和优化也将帮助我们确立研发的方向,最终为用户提供更好的服务。
  问题07
  陶氏未来还将在智慧水务领域做哪些发展?
  我们认为,在水处理系统中实行“一刀切”的工艺设计并不是高效可行的方式。单一的水处理工艺设计工具虽然有用,但对于需要采用多元化技术的工艺而言,很难采用单一的设计工具对系统进行优化。
  针对这个问题,陶氏推出了全新的水处理技术建模软件(Water Application Value Engine,简称为WAVE),通过这一软件平台将三种最普遍使用的水处理技术(微滤、反渗透、离子交换)集成在一个通用的设计界面中。系统的运营人员通过使用WAVE软件,可以在工艺设计的过程中对各项参数进行设置、重置和计算。而这一类智能化工艺设计软件的开发,也将有助于调整并系统化处理技术,以满足特定用途的水质需求。
  问题08
  陶氏水处理技术所涉及的诸多工业用水领域中,哪些应用领域从技术创新中获益最多?
  各工业领域所面临的多样化挑战是我们技术创新的主要动力,如大规模石油化工行业废水所面临的零排放要求等。此外,随着人们对饮用水水质的重视,家用净水市场也拥有极大的发展潜力。在这个应用领域,我们看到了无罐化反渗透膜处理技术的商机。
  而在其他工业领域,如位于市区附近的发电厂,它们所面临的最大挑战则是废水排放(尤其是难处理的脱硫废水)中相关标准的压力。而对于一些微电子企业,工厂所用的高纯水在水的纯度上有很高的要求,特别是在去除重金属离子方面。
  问题09
  您认为未来十年改变水行业的革新技术是什么?什么时候时机将成熟?
  当我们对水资源和处理技术进行管理时,最需要的是大胆的变革和创新。这也是陶氏开发近零排放解决方案的原因之一。近零排放工艺将对客户的需求进行详细的评估,以识别废水的来源和类型,并将组合的工艺系统与处理的废水性质相匹配,以达到再利用的目的。
  不得不说,消除最后3~5%的液体排放从而实现零排放是一个令人钦佩的目标,这在固定支出和运营费用上都是一笔相当昂贵的投入。当水的回收率为95%时,近零排放的运行成本只占零排放系统的一小部分。 近零排放工艺所依赖的是将传统处理技术相结合的组合工艺系统,如微滤、纳滤、反渗透和离子交换等,而我们现在做的是研究如何将这些技术以一种最优化的方式组合并应用起来。