Zero Liquid Discharge - ZLD

Wat is ZLD?

Zero Liquid Discharge (ZLD) is een zuiveringsproces dat als doel heeft om alle vloeibare afvalstoffen uit een systeem te verwijderen. De focus van ZLD ligt op het economisch verminderen van afvalwater en het produceren van schoon water dat geschikt is voor hergebruik.

ZLD-technologieën bestaan traditioneel uit pekelconcentratoren en kristallisatoren die thermische verdamping gebruiken om de pekel om te zetten in zeer gezuiverd water en vast droog product dat klaar is voor stortplaatsen of voor zoutwinning. Hoewel verdamper-/kristallisatorsystemen het meest worden gebruikt in ZLD-processen, hebben andere veelbelovende technologieën (ED/EDR, FO en MD, die later worden uitgelegd) met hoge terugwinning voet aan de grond gekregen en worden ze in verschillende combinaties gebruikt om de kosten te verlagen en de efficiëntie van de systemen te verhogen.

De steeds strengere overheidsvoorschriften voor de lozing van pekel vanwege het effect op het milieu maken ZLD noodzakelijk wanneer water schaars is of de lokale waterlichamen wettelijk beschermd zijn. Zo proberen veel industriële faciliteiten en pekelafvalwaterleveranciers die tot nu toe pekel loosden in nabijgelegen oppervlaktewater of de zee en afvalwaterzuiveringsinstallaties, nieuwe manieren te vinden om dit probleem aan te pakken.

ZLD Drivers

De industriële betrokkenheid bij pekel is tweeledig. Veel industriële processen vereisen water dat ze verontreinigen en het vrijgeven ervan kan onomkeerbare schade aan het lokale milieu veroorzaken.

In India en gedurende het laatste decennium werd vanwege de zware verontreiniging van lokale wateren door industrieel afvalwater strikte regelgeving gevolgd die ZLD noodzakelijk maakt om de toekomst van hun rivieren en meren veilig te stellen. In Europa en Noord-Amerika is de drive naar nul ZLD toegepast vanwege de hoge kosten van afvalwaterafvoer bij binnenlandse faciliteiten. Deze kosten nemen exponentieel toe door overheidsboetes en de kosten van verwijderingstechnologieën.

ZLD kan ook worden gebruikt om waardevolle grondstoffen uit het afvalwater te winnen die kunnen worden verkocht of hergebruikt in het industriële proces. Enkele voorbeelden zijn als volgt,

Generatie van waardevolle kaliumsulfaat (K₂SO₄) meststof uit een zoutmijn
Concentratie van natronloog (NaOH) tot 50 en 99% zuiverheid
Terugwinning van zuiver, verkoopbaar natriumsulfaat (NaSO₄) uit een batterijproductiefaciliteit
Vermindering van de kosten voor de behandeling van afvalwater uit kolenmijnen door het terugwinnen van zuiver natriumchloride (NaCl) dat kan worden verkocht als strooizout
Lithium (Li) is aangetroffen in pekel van Amerikaanse olievelden op bijna hetzelfde niveau als Zuid-Amerikaanse zoutvlakten
Gips (CaSO₄.2H₂O) kan worden teruggewonnen uit mijnwater en rookgasontzilting (FGD) afvalwater, dat vervolgens kan worden verkocht voor gebruik in de gipsplaatproductie

Andere voordelen op de toepassing van ZLD zijn:

Verminderd volume afvalwater verlaagt de kosten van afvalbeheer.
Recycling van water ter plaatse waardoor de behoefte aan waterinname wordt verminderd en aan de behandelingsbehoeften voldoen.
Verlaag de vrachtwagentransportkosten voor off-site verwijdering en de bijbehorende milieurisico's.

Tabel 1, ZLD -stuurprogramma's

1. Voldoen aan de voorschriften van strakke pekelverwijdering

2. Herstel van waardevolle materialen in de afvalstromen

3. Verlaagde afvalvolumes en managementkosten

4. Recycling water ter plaatse

5. De vrachtwagenkosten verlagen voor off-site verwijdering

Zld -toepassingen

Er is een grote verscheidenheid aan bronnen voor ontladingsstroomstromen die zijn:

Koeltoren Blowdown in zware industrie en energiecentrales & nbsp;
Regeneratieve stromen van ionenuitwisseling, met name bij het verwerken van voedsel en drank
Desulfurisatie van rookgas, natte afvalwaterstroom
Gemeentelijke drinkwatersystemen, afvalwaterstromen
Proceswater hergebruik van landbouw-, industriële en gemeentelijke stromen
Verschillende industriële afvalwaterstromen van de textiel, kolen-naar-chemische, voedsel- en zuivel- of batterij-industrie

Meer in het bijzonder kunnen we verwijzen naar de volgende toepassingen (tabel 2),

Tabel 2, Zld afvalwaterstreamtoepassingen

*membraansysteem weigeren ( nf, mf, uf, ro* )**	mijnafvoer
*rookgas desulfurisatie ( fgd* ) flowdown/purge**	*raffinaderij, gas tot vloeistof ( gtl* ) en kolen tot chemisch ( ctx ) Afvalwater**
*geproduceerd water ( conventioneel, fracking, sagd* )**	Scrubber Blowdown
no _x injectiewater	Demineralization Waste
*geïntegreerde vergassing gecombineerde cyclus ( IgCC* ) grijs water**	Landfill Leachate

De ontladingsbronnen kunnen verder worden gecategoriseerd op basis van volume en complexiteit. Een ZLD -oplossing moet deze laatste in overweging nemen, samen met de locatie van de afvalstroom.

Zld bepalen factoren

De belangrijkste factoren die het ZLD -ontwerp bepalen, zijn afhankelijk van,

De specifieke verontreinigingen in de ontladingsstroom
Het volume van het opgeloste materiaal
Het vereiste ontwerpdebiet

De verontreinigingen van de zorg worden gepresenteerd in tabel 3,

Tabel 3, Typische chemische bestanddelen van zorg


Sodium (Na⁺)	TDS/TSS	Phosphate (PO₄^3-)	Strontium (S²⁺)	Sulfate (SO₄^2-)
Potassium (K⁺)	COD/TOC/BOD	Ammonia (NH₃)	Oil & Grease	Fluoride (F^-)
Calcium (Ca²⁺⁾	pH	Boron (B⁺)	Barium (Ba²⁺)	Nitrate (NO₃^-)
Magnesium (Mg²⁺)	Chloride (Cl^-)	Alkalinity	Silica	-

Deze parameters moeten nauwkeurig worden gemeten voordat ze een offerte aanvragen om een nauwkeurige schatting van het systeem te krijgen. Als de feed vatbaar is voor veranderingen in stroom en de concentratie van de verontreinigingen, reguleren inletbufferingstanks de pieken.

Bedieningskosten

Elke technologie die de ZLD -keten vormt, heeft een bepaalde inkoopkosten, maar een belangrijke parameter voor het berekenen van de kosten en uiteindelijk zijn de terugverdientijd de bedrijfskosten. De opex kan drastisch veranderen op basis van welk proces is geselecteerd, met name voor elektrische stroom- en stoomgenererende faciliteiten. Voor een langetermijninvestering moeten de voordelen en nadelen van elke keuze worden gewogen en wat beter werkt voor elk bedrijf en hun werkpersoneel. Dit zal helpen om een initiële versus een langetermijnkosteninvestering te krijgen.

pekelbehandelingstechnologie	elektrische energie (kWh/m3)	thermische energie (kWh/m3)	Totaal el. Equivalent (kWh/m3)	typische grootte (m3/d)	investering ($/m3/d)	max TDS (mg/L)
*MSF*	3.68	77.5	38.56	<75,000	1,800	250,000
*MED*	2.22	69.52	33.50	<28,000	1,375	250,000
*MVC*	14.86	0	14.86	<3,000	1,750	250,000
*ED/EDR*	6.73	0	6.73	/	/	200,000
FO	0.475	65.4	29.91	/	/	200,000
MD	2.03	100.85	47.41	/	/	250,000

Tabel 4, specifieke energieverbruiken (SEC's) van pekelbehandelingstechnologieën, multistage flash (MSF), multi-effect destillatie (MED), mechanische dampcompressie (MVC), elektrodialysis (ED/EDR), voorwaartse osmose (fo) , Membraan destillatie. De energieverbruikwaarden zijn het gemiddelde van 13 vergelijkende studies naar ZLD -technologieën variërend van 2002-2017. Verduidelijkingen zijn nodig voor ED/EDR, FO en MD. 1) ED/EDR SEC hangt af van het zoutgehalte van de feed omdat hogere zoutgehalte hogere SEC's vereisen, 2) Fo Sec hangt af van de trekoplossing en de regeneratiemethode. De meeste artikelen gaan uit van het gebruik van thermolytische zouten en hun regeneratie bij een 60 ^o c temperatuur. 90% van de benodigde thermische energie kan worden verkregen door afvalwarmte als deze beschikbaar is, 3) MD SEC hangt af van de configuratie. De meest voorkomende MD -configuratie in de studies is direct contact MD (DCMD) vanwege de eenvoud. 90% van de benodigde thermische energie kan worden verkregen door afvalwarmte als het beschikbaar is en ten slotte 4) het totale elektrische equivalent werd genomen met behulp van het volgende, totale EL. Equivalent = el. Energie + 0,45 x thermische energie als gevolg van moderne efficiëntie van energiecentrales (volgens relevant papier).

Fig.1 Pekelbehandelingstechnologieën Secls Graph -vergelijking (zie verduidelijkingen in de beschrijving van tabel 4)

Bij een laatste noot voor een analyse van de kosten voordelen moet u altijd rekening houden met factoren zoals,

belastingen of extra inkoopkosten
Mogelijke nutskosten in het installatiegebied
Milieuregulerende kosten of vergunningen
Regelmatige nalevingstests

Basic ZLD -ontwerp - ZLD -blokken

Ondanks de variabele bronnen van een afvalwaterstroom, & nbsp; een ZLD -systeem bestaat in het algemeen uit twee stappen die worden weergegeven in figuur 1.

Fig.2, ZLD Basic Blocks

Fig.2, Zld Basic Blocks

pre-concentratie; Pre-concentreren van de pekel wordt meestal bereikt met membraanpekelconcentrators of elektrodialysis (ED). Deze technologieën concentreren de stroom op een hoog zoutgehalte en kunnen tot 60 & ndash; 80% van het water herstellen.
verdamping/kristallisatie; De volgende stap met thermische processen of verdamping, verdampt al het overgebleven water, verzamelt het en drijft het aan voor hergebruik. Het achtergelaten afval gaat dan naar een kristallizer die al het water kookt totdat alle onzuiverheden kristalliseren en worden uitgefilterd als een vaste stof.

& nbsp;

6.1. Pre-concentratie & nbsp;

De pre-concentratie van de vloeistofafvalstroom is een zeer belangrijke stap vanwege het feit dat het het volume van het afval vermindert en de zeer kostbare verdampingsstap/kristallisatie aanzienlijk verkleind. Meestal wordt het bereikt met elektrodialysisis (ED) of membraanprocessen die bestaan uit voorwaartse osmose (FO) en membraandestillatie (MD) (figuur 3).

Fig.3, pekelbehandelingstechnologieën, (a) elektrodialysis, (b) voorwaartse osmose, (c) membraandestillatie

ED, FO en MD kunnen efficiënt functioneren met een veel hoger zoutgehalte dan RO (respectievelijk 150.000 ppm, 200.000 ppm, 250.000 ppm en 70.000 ppm).

6.1.1. Electrodialysis/Electrodialysis Reversal

Elektrodialysis is een membraanproces dat elektroden gebruikt om een elektrisch veld te maken dat negatieve en positieve ionen door semipermeabele membranen duwt met respectievelijk aangesloten of negatief geladen soorten. ED wordt in meerdere fasen gebruikt om de pekel te concentreren op verzadigingsniveaus. Het is & nbsp; vaak samen met ro & nbsp; voor zeer hoog waterherstel. ED verschilt van RO omdat het de ionen verwijdert en niet van het water en vice versa voor RO. Vanwege dit feit worden silica en opgeloste organische stoffen niet verwijderd met ED, wat belangrijk is als de schone stroom opnieuw moet worden gebruikt. ED vereist vaste stoffen, net als RO, vaste stoffen en organische verwijdering uit de feed.

Elektrodialysisomkering (EDR)

in EDR De polariteit van de elektroden wordt verschillende keren omgekeerd Een uur en het zoete water en het geconcentreerde afvalwater worden uitgewisseld in de membraanstapel om vervuiling en schaal te verwijderen.

6.1.2. Forward osmose

fo is een osmotisch membraanproces met een semipermabele membraan dat dat In tegenstelling tot RO gebruikt niet & rsquo; t toegepaste druk om scheiding van water te bereiken van opgeloste opgeloste opgeloste stoffen zoals ionen, moleculen en grotere deeltjes. Dat betekent veel minder energie voor het proces in vergelijking met RO. In het algemeen gebruikt Fo thermische en elektrische energie. Thermische energie kan worden vervangen door lage graad afvalwarmte die overal in de meeste industriële of nabijgelegen gebieden te vinden is.

6.1.3. Membraan destillatie

md is een thermisch aangedreven transportproces dat hydrofobe membranen gebruikt . De drijvende kracht in de methode is het dampdrukverschil tussen de twee zijden van de membraanporiën, waardoor massa- en warmteoverdracht van de vluchtige oplossingcomponenten (bijv. Water) mogelijk is. De eenvoud van MD, samen met het feit dat het afvalwarmte en/of alternatieve energiebronnen kan gebruiken, zoals zonne- en geothermische energie, stelt MD in staat om te worden gecombineerd met andere processen in geïntegreerde systemen, waardoor het een veelbelovende scheidingstechniek is. >

6.1.4 Het belang van pre-concentratie in een ZLD-proces

De pre-concentratietechnologieën hebben zeer hoge herstel, maar meestal niet genoeg zoals de typische thermische verdampingstechnologieën om de pekel in verzadigingsconcentratieniveaus te drijven. Dus waarom zijn ze zo belangrijk? De reden is de capex/opex van de verdampers/kristallizers. 1) Vanwege de corrosieve aard van de pekel duurt het steeds meer resistente metaallegeringen om corrosie te weerstaan naarmate de concentratie stijgt. Dat betekent dat hoe groter de verdampings-/kristallizer-module is, hoe groter de benodigde capex is (die 60-70% van het hele proces kan zijn). 2) Hoge energie -vraag als gevolg van de opkomst van het kookpunt van de pekel naarmate de concentratie hoger wordt. Beide punten zullen meer analytisch worden uitgelegd in de verdampings/kristallisatie Lentech -webpagina's.

Laat & rsquo; s proberen een visueel voorbeeld van de situatie te formuleren. Let & rsquo; s veronderstellen dat we 100 m ³/d pekel hebben en we willen het behandelen met een MD-MVC-kristallizer-combinatie. Laat & rsquo; veronderstellen dat we hebben (ruwe benaderingen van beschikbare waarden in gerelateerde artikelen),

MD (75% herstel)/Beschikbare afvalwarmtecombinatie & rarr; 90% van de thermische energie kan worden vervangen door afvalwarmte & rarr; Energieverbruik zal gaan van 47,41 tot 6,57 kWh/m ³
MVC met 90% herstel & rarr; Gemiddeld van 14,86 kWh/m ³
kristallizer met 50% herstel en rarr; Gemiddeld van 50 kWh/m ³

Dus, gezien alle laatste waarden, laat & rsquo; s zien hoe het pekelproces zal uitkomen.

100 m ³ pekel & rarr; MD (-75%) & rarr; 25m ³ pekel & rarr; MVC (-90%) & rarr; 2.5 M ^{3 pekel & rarr; Kristallizer (-50%) & rarr; 1,25 m ^{3 pekel & rarr; Gedreven naar centrifuge- of riempers}}

Dit vertaalt zich in 100 m ³ x 6,57 kWh/m ³ + 25 m ³ x 14,86 kWh/m ³ + 2,5 m ³ x 50 kWh/m ³ = 657KWH + 371,5 kWh + 125 kWh = 1,153,5 kWh/100 M ^{3 pekel}

Als we geen pre-concentratiestap hadden en de pekel recht naar een verdamper hadden gereden, zou de energievraag zijn,

100 m ³ x 14.86 kWh/m ³ + 10 m ³ x 50 kWh /m ³ = 1.486 kWh + 500 kWh = 1.986 kWh/100 m ³ pekel

1,986 kWh (mvc-kristallizer)/ 1.153,5 kWh (MD-MVC-crystallizer) = 1,72 of 172% toename van het energieverbruik van de pekelbehandeling zonder een pre-concentratiestap !

Tabel 5, relatief water herstelt (%) van elke combinatie (met en zonder pre-concentratie) samen met de SEC's voor elke technologie

	zld met pre-concentratie		zld zonder pre-concentratie
	Recovery (%)	SEC (kWh/m3)	Recovery (%)	SEC (kWh/m3)
MD	75	6.75	0	0
MVC	97.5	14.86	90	14.86
Crystallizer	98.75	50	95	50

De grafische visualisatie van tabel 5 geeft ons figuur 4,

Fig.4, relatief waterherstel (%) van elke combinatie (met en zonder pre-concentratie) samen met de SEC's voor elk Technologie

Dus de stap voor de concentratie verlaagde de energiekosten niet alleen tot minder dan de helft, maar ook de beschikbaarheid van het herstel van het systeem. Om nog maar te zwijgen van de mogelijke inkrimping van de MVC van 100 tot 25 m ^{3 en de kristallizer van 10 tot 2,5 m ³ wat enorme besparingen betekent in capex/opex.}

Hier is het belangrijk dat we beginnen te praten over het concept van minimale vloeibare ontlading (MLD). MLD is een hoog herstelsysteem zonder helemaal naar ZLD te gaan vanwege de kosten en complexiteit met betrekking tot dit laatste. MLD wordt verder besproken op een afzonderlijke Lentech -webpagina.

6.2 Verdamping en kristallisatie

Na pre-concentratie van de afvalstroom is de volgende stap het gebruik van & nbsp; thermische processen of verdamping om vast te genereren en het verdampte water opnieuw te gebruiken. Verdamping is in wezen warmteoverdracht naar een kokende vloeistof met de bedoeling om een niet-vluchtige opgeloste stof te concentreren uit een oplosmiddel, dat meestal water is, door het oplosmiddel af te koken. Het verdampingsproces stopt normaal gesproken net voordat de opgeloste stof begint neer te slaan, anders wordt het beschouwd als kristallisatie.

Vallende filmverdamping is een energie -efficiënte methode voor verdamping die het water concentreert tot het initiële kristallisatiepunt (superverzadiging). Het toevoegen van zuur zal de oplossing neutraliseren, dus bij het verwarmen ervan, om de warmtewisselaars te voorkomen en te schaden. & NBSP; De-Aeration & NBSP; wordt ook vaak gebruikt om opgeloste zuurstof, koolstofdioxide en andere niet-condenseerbare gassen af te geven. /P>

De uitlaatpekel van de verdamper gaat in een geforceerde circulatie kristallizer waarbij het water wordt geconcentreerd buiten de oplosbaarheid van de verontreinigingen en gevormde kristallen. Het resultaatproduct wordt ontwaterd door een filterpers of een centrifuge en de centrate (moedervloeistof) wordt teruggestuurd naar de kristallizer.

Het verzamelde condensaat (water) van de drie stappen keert terug naar het proces, waardoor de ontlading van vloeistoffen in het systeem wordt geëlimineerd. Als organische stoffen aanwezig zijn, kan condensaat polijsten nodig zijn voordat het opnieuw wordt gebruikt. Het productwater wordt vervolgens naar een opslagtank gereden.

De & nbsp; vast afval, op dit moment gaat naar een stortplaats of voor hergebruik.