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美國偉思超頻震動薄膜過濾系統個案研究1高高高高含含含含固固固固量量量量无无无无机机机机化化化化学学学学产产产产品品品品的的的的加加加加工工工工和和和和回回回回收收收收执执执执行行行行摘摘摘摘要要要要新逻辑国际有限公司（新逻辑）是一家生产薄膜过滤设备和固液分离设备的制造商，它有几项新的和在建的工程，其工艺由几家主要生产高含固量无机化学产品的厂家负责。新逻辑公司的超频震动薄膜过滤系统（ＶSEＰ）正被应用于高含固量无机化学品的脱水和污染水中这类物质的回收。一些增值应用包括生产二氧化钛（ＴiＯ２）、碳酸钙（ＣaＣＯ３）和陶土。ＶＳＥＰ能够在一个步骤中将这些无机物脱水，固体含量可高达７２％。其它可选择设备（例如蒸发器和离心机）的运行，由于能量消耗高，因而价格昂贵。在无机化学品生产／回收中采用ＶＳＥＰ的优点如下：!产品生产是低能量消耗的（干燥器上减少了负荷）!不需化学处理!产生的渗透液是干净的，不需进一步的化学处理!膜容易用热水清洁!ＶＳＥＰ的应用可减少其它加工设备的负荷!ＶＳＥＰ要求的占地面积小!ＶＳＥＰ提供连续运行!ＶＳＥＰ是一种经过商业验证的技术现对ＶＳＥＰ处理高含固量无机化学水流进行经济评估，以分析二氧化钛脱水的经济性为例。对于一个每小时回收３吨ＴiＯ２产品的回收设备，估计偿还期少于一年。主要的节省费用来自干燥器能量消耗的减少，如果还包括产品回收中节省的费用，则产品回收在几天内就美國偉思超頻震動薄膜過濾系統個案研究2可以支付ＶＳＥＰ处理系统的费用。新逻辑公司的ＶＳＥＰ技术可以配合其它各种应用技术，进行水的预处理、再循环和污水处理。它可以过滤包含多种杂质的水流，却没有某些传统的膜系统中所出现的堵塞问题。处理过程不仅过滤悬浮的固体，而且减少ＢＯＤ、ＣＯＤ和发色体。过滤结果是一种干净的、可重复使用的水流和一种浓缩污泥。影响ＶＳＥＰ性能和抗膜堵塞力的主要因素是它具有150,000秒－１剪切力的能力，这比传统错流式系统中的剪切力大十倍。背景背景背景背景在美国和其它地方有许多生产高含固量无机化学品（包括矿物质和粘土）的工业设备。高含固量无机化学品的处理和污水中这些物质的回收是重要技术，也是工业中的经济挑战。一些增值应用包括生产二氧化钛ＴiＯ２、碳酸钙ＣaＣＯ３和高岭粘土。全球这些产品的产量达到每年４亿吨。在这些无机化学产品的精炼和加工过程中，固体悬浮在一种料液中。一些产品作为６０－７０％浓度的料浆被船运，其它产品必须是干燥的，并被制成水份很少的干粉被船运。许多情况下，典型的料液具有５－４０％的浓度，必须被脱水至６０－７０％浓度左右。美國偉思超頻震動薄膜過濾系統個案研究3二二二二氧氧氧氧化化化化钛钛钛钛（Ｔ（Ｔ（Ｔ（ＴiＯＯＯＯ２２２２））））在高级涂层纸生产中是一种非常重要的颜料，与油漆和其它颜料的生产同样重要。ＴiＯ２是良好分离和化学惰性的白色粉末，其折射率比其它商业颜料高。它的独特性能提供适当的不透明度和亮度，与其它涂层颜料不同。两种ＴiＯ２晶体结构――锐钛矿和金红石，其光学性能各不相同。将ＴiＯ２与纸的涂层、油漆和颜料相结合，会大大增进层或表面的不透明度和亮度。锐钛矿ＴiＯ２用亚硫酸盐工艺生产，金红石ＴiＯ２则用氯化物工艺生产，由于ＴiＯ２具有出色的折射能力，只需加入少量的添加剂。所有的油漆都含有一定程度的ＴiＯ２，因而全球需要大量的这类物质，估计产量为每年７３０万吨。用于加工ＴiＯ２的原材料主要有两种，它们是钛铁矿和金红石沙滩矿。世界上最大的钛铁矿位于美国东海岸。在北欧和澳洲也发现了这种矿。在南非，印度，Madagascar,SierraLeone(西非)，Tasmania,佛罗里达州和加州发现了大型的金红石沙滩矿。碳碳碳碳酸酸酸酸钙钙钙钙（Ｃ（Ｃ（Ｃ（ＣaＣＯＣＯＣＯＣＯ３３３３））））是一种用途最多的矿物质填料，用于各种产品中，如纸、油漆、塑料、橡胶和纺织。高纯度的碳酸钙用于牙膏、化妆品、食物和药品中。全世界这种产品的产量估计是每年１５４0万吨。用碳酸钙形成的一层纸涂层，具有好的亮度，比使用ＴiＯ２廉价。生产碳酸钙有两种途径：沉淀和研磨，其得到的产品在性能和用途方面有很大区别。沉淀法碳酸钙纯度高，因此具有较好的亮度。在处理过程中，形态也能通过尺寸、形状和表面积进行严格控制，以满足某一特定需要。研磨法碳酸钙中混有其它杂质，如高岭土、氧化铁、镁和白云石。这些杂质会导致生成一种低亮度、难以控制的产品。由于碳酸钙价格便宜，它可作为填料与其它较贵的原料结合使用。在质量和亮度要求不高时美國偉思超頻震動薄膜過濾系統個案研究4可以采用研磨碳酸钙（ＧＣＣ）。沉淀碳酸钙（ＰＣC）具有９９％的纯度，主要用于纸涂层，取代ＴiＯ２。沉淀碳酸钙作为纸涂层的用途也正在增加，原因是纸制造商正从生产酸性纸转为生产碱性纸。除了用于纸产品，碳酸钙也可用于肥皂、轮胎、塑料、橡胶、牙膏和其它几种产品中。在美国东南部发现了几个最纯的碳酸钙矿床。研磨法碳酸钙的产量估计为每年１１２0万吨，沉淀法碳酸钙的产量估计为每年４２0万吨。高高高高岭岭岭岭粘粘粘粘土土土土：：：：有一类矿物质被称作粘土矿物质，主要由高岭粘土（Al2O3,2SiO2,2H2O）混合组成。粘土是化学惰性的，开采和加工的价格很便宜。因此，它被广泛用作填料物质或填充剂，应用于陶瓷、油漆、涂层、纸、塑料和其他产品中。全世界这类产品的产量估计是每年１６８0万吨.高岭粘土通常具有更好的质量和较小的颗粒。因而，它被应用于生产好的陶瓷和优质的纸涂层中。膨土岩粘土是另一种重要的粘土产品，用于胶粘、砂浆和填料，也可用于废物处理场的防渗衬层。目的目的目的目的高含固量无机化学物质的处理和污水中这些化学物质的回收是重要的技术，也是工业生产中的经济挑战。在污水过滤的同时，无机化学处理企业可以回收产品、满足排放要求，或提供一种可重复使用的干净水源。在大多数情况下，处理中很需要进行固液分离和产品回收。解决方案解决方案解决方案解决方案膜过滤系统的技术进步，为无机化学生产企业创造了机会，使其能以一种具成本效益的方式来进行无机化学品（矿物质）的脱水，膜过滤法在产品的最后阶段或最后处理前，采用干燥器或压滤机。由新逻辑国际有限公司开发的“超频震动薄膜过滤系统”（ＶＥＳＰ）能过滤美國偉思超頻震動薄膜過濾系統個案研究5污水，却没有传统膜系统中所表现出的堵塞问题。ＶＳＥＰ膜系统可以有效的进行无机化学产品的脱水，达到所要求的含固量水平，即７２％含固量。现在有几种技术可以进行料液的脱水。表１给出ＶＳＥＰ优点的摘要，并与几种竞争工艺相比较，如蒸发器、溶气浮选系统（ＤＡＦ）、澄清系统、旋转式真空浓缩机、离心机、错流式过滤／螺旋卷式膜和压滤机。相对于这些技术，ＶＳＥＰ具有显著优点，如表１所示。ＶＳＥＰ处理系统采用微滤膜或纳滤膜组件来处理无机化学污水，同时产生达到浓缩要求的浓缩液，和达到污水排放或再使用水标准的渗透水。ＶＳＥＰ在进行最后蒸发或干燥之前预浓缩固体（例如ＴiＯ２、碳酸钙、高岭粘土），产生一种浓缩料浆产品。因而，ＶＳＥＰ可以与传统技术相结合，或取代这些技术，根据处理要求或产品回收系统的经济性能来决定。另外，澄清的渗透液排放或再循环回到原过程中。ＶＳＥＰ膜系统也能减少污水的ＢＯＤ、ＣＯＤ、悬浮固体总量（ＴＳＳ）和可溶性固体总量（ＴＤＳ）。总之，ＶＳＥＰ处理系统可以应用于处理无机化学生产企业的污水，并回收固体。ＶＳＥＰ还可用于配合工厂的蒸发器／干燥器（或其它脱水技术），从而减少干燥器的负荷，增加企业能源效率。在无机化学生产工业中，ＶＳＥＰ膜系统能应用于解决实际的膜堵塞问题，这也是传统的错流式膜技术面临的问题。ＶＳＥＰ具有振动、剪切增强设计，因此相对于传统的过滤方式，有一定的吸引力。表表表表１１１１ 与与与与其其其其他他他他工工工工艺艺艺艺相相相相比比比比较较较较，，，，ＶＶＶＶＳＳＳＳＥＥＥＥＰＰＰＰ的的的的优优优优点点点点工艺ＶＳＥＰ的优点蒸发器!ＶＳＥＰ能在小增量范围上增加生产力美國偉思超頻震動薄膜過濾系統個案研究6!ＶＳＥＰ的基本费用比蒸发处理系统的低得多!蒸发器消耗大量能量，因此运行费用很高!通常在蒸发器中存在大量的结垢和堵塞!在溶解固体量较低时，蒸发器显示出差的热力学性能，且结构大!ＶＳＥＰ可以适应大的给水浓度变化范围!ＶＳＥＰ有较小的尺寸，因此土建／工厂费用低得多!蒸发处理比ＶＳＥＰ更需要预处理!与蒸发系统相关的优点!ＶＳＥＰ可以对进入蒸发系统的给水进行预处理，以增强蒸发器的功能。浓缩液送入蒸发器中。!ＶＳＥＰ能处理蒸发系统中的污水，带走溶解固体工艺ＶＳＥＰ的优点旋转式真空浓缩机!ＶＳＥＰ与旋转真空鼓式过滤系统相比的主要区别是，后者非常昂贵。一个真空鼓式过滤系统要求有辅助设备，例如真空系统、管道、重的底座、控制部分、絮凝化学物和预涂层物质，如硅藻土。!用旋转真空过滤机进行处理要求有预涂层，这增加了产生、并与产品混合的废物容量。运行费用也很高。!旋转式真空过滤通常有３－５微米粒径尺度的限制，在１０－５０微米范围内运行最佳。相比，ＶＳＥＰ却能适应大的给水浓度变化范围，从８００微米到１／１０００微米。!旋转真空过滤机消耗大量能量!与ＶＳＥＰ相比，旋转真空过滤机在大多数应用情况下，需要有效的附加处理步骤!大多数真空过滤机以分批模式运行，而ＶＳＥＰ以连续模式运行，得到更高地生产力!旋转真空过滤系统的最大缺点是它的尺寸，它的某些系统与一座建筑物同样大!ＶＳＥＰ要求较小的尺寸，因此土建／工厂费用低得多!旋转真空过滤机只能产生一种干的过滤饼，并且对泥浆产品要反复加工。附加的预涂层可能妨碍旋转真空过滤机的应用。离心机!离心机产生的溢流浑浊，经常不能满足处理标准。美國偉思超頻震動薄膜過濾系統個案研究7!离心机的主要缺点是它的维护难度大，且要求有经验的技术人员来维护!必须存储几个零部件，以便迅速、有效地进行维护!离心机是很巨大的，有许多沉重的运动部件!离心机的能量消耗很高!离心机的工作是有争议性，它们通常不能很好地工作!ＶＳＥＰ完成分离工作并不要求物质有不同比重!ＶＳＥＰ可以达到更高地浓度!ＶＳＥＰ能适应大的给水浓度变化范围，并能进行分子分离。离心机主要用于大于１０微米的颗粒分离。!ＶＳＥＰ产生澄清透明的溢流（渗透液）!ＶＳＥＰ对维护要求低，很少需要运行保养，低技能的工人就可以在ＶＳＥＰ设备上工作!ＶＳＥＰ要求小的尺寸，因此土建／工厂费用低得多溶气浮选（化学添加剂／ＤＡＦ）!ＶＳＥＰ与ＤＡＦ处理系统相比，ＤＡＦ的化学添加剂费用通常很高!ＶＳＥＰ可以适应大的给水浓度变化范围!ＶＳＥＰ产生的渗透液品质是０ppm悬浮固体，而ＤＡＦ处理系统是５００ppm!ＶＳＥＰ是一步处理过程，而ＤＡＦ处理过程通常要求预处理和后处理!ＶＳＥＰ可以获得高品质的渗透液，一般ＢＯＤ少于１００－２００ppm!ＶＳＥＰ要求较小的尺寸，因此土建／工厂费用低得多!ＤＡＦ系统的化学剂消耗通常比设计的高得多，而且ＤＡＦ中污水的处理要使用过量药剂工艺ＶＳＥＰ的优点澄清系统!ＶＳＥＰ与澄清系统相比，澄清器要求长的停留时间，因此需要很大地存贮容量，而且溢流浑浊!ＶＳＥＰ可以适应大的给水浓度变化范围!ＶＳＥＰ产生的渗透液品质为０ppm悬浮固体，澄清系统处理过程是５００ppm!ＶＳＥＰ是一步处理过程，澄清系统通常要求预处理和后处理!ＶＳＥＰ可以获得高品质的渗透液，一般ＢＯＤ为１００－２００ppm!ＶＳＥＰ要求小的尺寸，因此土建／工厂费用低得多美國偉思超頻震動薄膜過濾系統個案研究8!澄清器的化学品消耗通常较高，澄清器中污水的适当控制要使用过量药剂压滤机!压滤机只能产生一种干的过滤饼，并且对泥浆产品要进行反复加工。!压滤机能量消耗高!压滤机通常有３－５微米粒径尺度的限制，在１０－５０微米范围内运行最佳。相比，ＶＳＥＰ能适应大的给水浓度变化范围，从８００微米到１／１０００微米。!与ＶＳＥＰ相比，压滤机在大多数应用情况下，需要进行预处理!大多数压滤机以分批模式运行，而ＶＳＥＰ以连续模式运行，获得更高地生产力并减少存贮容量!压滤机的最大缺点是它的尺寸，它的某些系统与一座建筑物同样大。ＶＳＥＰ要