Einleitung: Getrieben durch CO2-Emissionsziele und strenge Umweltvorschriften haben sich die Abwasserbehandlung und die Wiederverwendung von Ressourcen in der Kohlevergasungs- und Kohlechemieindustrie längst von einem „optionalen“ zu einem „obligatorischen“ Thema gewandelt.
Kohlechemisches Abwasser ist komplex und enthält hohe Mengen an CSB, Ammoniakstickstoff, Gesamtstickstoff, Cyanid, Phenolen und anderen widerspenstigen Schadstoffen. Die Qualität des gereinigten Abwassers schwankt nach der biologischen Reinigung erheblich. Herkömmliche „Multimedia-Filtration + organische Ultrafiltration“-Verfahren leiden unter geringem Fluss, leichtem Faserbruch, häufiger Reinigung und kurzer Lebensdauer, was es schwierig macht, die Anforderungen an die Wiederverwendung zu erfüllen. Gibt es eine Technologie, die die Vorbehandlung vereinfacht, Schwankungen der Wasserqualität standhält, bei hohem Durchfluss stabil arbeitet und ihre Leistung langfristig beibehält?
Die Antwort lautet: keramische Ultrafiltrationsmembranen.
Daten belegen, dass keramische Ultrafiltrationsmembranen bei einem hohen Fluss von 150-180 LMH ohne Multimediafilter stabil arbeiten können, wobei ein CEB-Zyklus mehr als 12 Stunden und ein CIP-Zyklus mehr als 1 Monat dauert. Der Durchfluss ist drei- bis viermal so hoch wie bei herkömmlichen organischen Membranen, was sie wohl zur „ultimativen Lösung“ für die Abwasserwiederverwendung in der Kohlechemieindustrie macht.
I. Abwasserwiederverwendung in der kohlechemischen Industrie: Drei unvermeidbare Schwachstellen
Die chemische Abwasserbehandlung von Kohle folgt typischerweise dem Weg „Homogenisierung → biologische Behandlung → Tiefenfiltration → Wiederverwendung“. Während biologische Einheiten (modifizierte SBRs) den CSB und den Ammoniakstickstoff erheblich reduzieren können, weist das Abwasser immer noch große Schwankungen in der Trübung, restlichen Schwebstoffen (SS) und einem leichten Eindringen organischer Stoffe auf. Die direkte Einführung der Umkehrosmose führt zu Verschmutzung der Membranelemente, häufigem Reinigen und einer verkürzten Lebensdauer.
Herkömmliche fortschrittliche Abwasseraufbereitungsprozesse nutzen Multimediafilter + organische Hohlfaser-Ultrafiltration, was im tatsächlichen Betrieb drei große Mängel aufzeigt:
* **Komplexe Vorbehandlung und großer Platzbedarf:** Erfordert Multi--Medienfiltration und Aktivkohlefiltration, was zu langen Prozessen, hohen Investitionen und aufwendiger Wartung führt.
* **Organische Membranen sind anfällig für Faserbruch und Wasserdurchdringung:** Kunststoffmembranfasern haben eine geringe Festigkeit und brechen leicht, was zum Eindringen von SS (suspendierten Feststoffen) und Trübungen führt und nachfolgende RO-Systeme verunreinigt.
* **Geringe Flussrate und häufige Reinigung:** Der Betriebsfluss beträgt nur 50–60 LMH, die CEB-Reinigung ist alle 1–2 Stunden und die CIP-Reinigung alle 1–2 Wochen erforderlich, was zu langen Ausfallzeiten und hohen Wartungskosten führt.
Die Hauptprobleme bei der Abwasseraufbereitung in der Kohlechemieindustrie sind: große Schwankungen der Wasserqualität (CSB 50-150 mg/L, Trübung 2–10 NTU), komplexe Schadstoffzusammensetzung und die Anforderung einer langfristig stabilen Wiederverwendung, der herkömmliche Verfahren einfach nicht standhalten können.
II. Keramische Ultrafiltrationsmembranen: Warum übertreffen sie organische Membranen?
Keramische Ultrafiltrationsmembranen werden bei hohen Temperaturen aus -Aluminiumoxid gesintert und verfügen von Natur aus über „Hardcore-Eigenschaften“. Im Vergleich zu organischen Ultrafiltrationsmembranen bieten sie revolutionäre Vorteile: Keramikmembranen sind langlebiger, robuster, haben einen höheren Durchfluss, sind einfacher zu warten und eignen sich perfekt für die rauen Bedingungen von kohlechemischem Abwasser.
III. Kernergebnisse im Pilotmaßstab-: Daten sprechen für sich
(1) Stabiler Betrieb mit hohem -Fluss
Die keramische Ultrafiltrationsmembran arbeitete stabil bei einem Fluss von 157 LMH und erreichte ein Maximum von 180 LMH, was dem drei- bis vierfachen Wert herkömmlicher organischer Membranen (50-60 LMH) entspricht. Bei gleichem Wasseraufbereitungsvolumen wird die Anzahl der Membranmodule um 75 % reduziert, was die Rack-Investitionen deutlich senkt.
(2) Ultra-langer Reinigungszyklus
CEB (Online Chemical Cleaning) cycle: >12 Stunden/Zyklus (organische Membranen 1–2 Stunden/Zyklus);
CIP (Offline Chemical Cleaning) cycle: >1 Monat (organische Membranen 1-2 Wochen/Zyklus);
Reinigungsrückgewinnungsrate: nahezu 100 %, ohne Verschlechterung der Membranleistung.
(3) Extrem stabile Permeatwasserqualität
Trübung des Permeats:<0.04 NTU;
Permeat-SDI:<2;
Erfüllt vollständig die Anforderungen für Umkehrosmose-Speisewasser und kann direkt in Umlaufwassersystemen und Entsalzungssystemen wiederverwendet werden.
(4) Starke Beständigkeit gegenüber Schwankungen der Wasserqualität
Trotz der hohen -Frequenz und erheblichen Schwankungen des CSB und der Trübung des Speisewassers bleibt die Qualität des Permeatwassers der Keramikmembran konstant stabil, ohne dass die Gefahr einer Penetration besteht. Dadurch wird das Branchenproblem organischer Membranen gelöst, bei dem „Schwankungen der Wasserqualität zu überhöhten Abwasserstandards führen“.
IV. Technischer Wert: Die optimale Lösung für die Wiederverwendung von kohlechemischem Abwasser
Dieser Pilottest überprüfte gründlich die technische Machbarkeit von Keramik-Ultrafiltrationsmembranen für die Wiederverwendung von Kohle- und Chemieabwasser und brachte vier Kernwerte hervor:
1. Extrem vereinfachter Prozessablauf und deutlich reduzierte Investitionen
Der Wegfall von Vorbehandlungseinheiten wie Klärbecken, Multimediafiltern und Aktivkohlefiltern verkürzt den Prozessablauf um 60 %, reduziert die Stellfläche um 50 % und reduziert die Investitionen in Tiefbau und Ausrüstung um mehr als 30 %.. 2. Reduzierte Betriebs- und Wartungskosten, spart Zeit und Aufwand
Lebensdauer der Membran um das Zwei- bis Fünffache verlängert, jährliche Austauschkosten um 80 % reduziert;
Reinigungszyklen um mehr als das Zehnfache verlängert, Ausfallzeiten um 90 % reduziert;
Kein häufiger Austausch von Filtermedien oder Wartung der Vorbehandlungsausrüstung erforderlich, die Arbeitskosten werden um 50 % gesenkt.
3. Erhöhte Wiederverwendungsrate, Wasser- und Kohlenstoffreduzierung
Die Wasserrückgewinnungsrate des Systems stieg um mehr als 2 %, der Frischwasserverbrauch wurde deutlich reduziert, die Abwasserentsorgung reduziert, was perfekt mit den politischen Anforderungen der Kohlechemieindustrie in Bezug auf „Wassereinsparung, Emissionsreduzierung und Wiederverwendung von Ressourcen“ übereinstimmt.
4. Schutz nachfolgender Membransysteme, längere Lebensdauer
Extrem niedrige Trübung und SDI im produzierten Wasser, kein Eindringen von Verunreinigungen, um 70 % reduzierte Reinigungshäufigkeit der Umkehrosmose-/Nanofiltrationsmembran, Verlängerung der Lebensdauer um 3–5 Jahre, wodurch die Betriebskosten weiter gesenkt werden.
V. Fazit: Keramikmembranen werden die Landschaft der kohlechemischen Abwasserbehandlung neu gestalten
Die kohlechemische Abwasseraufbereitungsindustrie leitet eine technologische Revolution ein, bei der keramische Membranen organische Membranen ersetzen.
Daten belegen, dass keramische Ultrafiltrationsmembranen Abwasser aus kohlechemischen und biochemischen Prozessen direkt behandeln können, sodass keine Multimedia-Vorbehandlung erforderlich ist. Sie bieten einen hohen Durchsatz, lange Zykluszeiten, Beständigkeit gegen Schwankungen sowie einfache Bedienung und Wartung und übertreffen herkömmliche organische Ultrafiltrationsverfahren in allen Aspekten bei weitem.
Für Kohlechemieunternehmen wie Kohlevergasung, synthetisches Ammoniak, Methanol und Kokereien:
Neue Projekte: Durch den direkten Einsatz der keramischen Ultrafiltrationstechnologie wird die Wiederverwendung von Abwasser in einem Schritt erreicht;
Upgrade-Projekte: Durch den Ersatz organischer Ultrafiltration durch Multimediafiltration werden Standards und Effizienz schnell verbessert.
Keramische Ultrafiltrationsmembranen sind nicht nur ein „Bonus“ für die chemische Abwasseraufbereitung von Kohle, sondern eine wesentliche Option zur Erzielung einer standardmäßigen Wiederverwendung, Kostenreduzierung und Effizienzsteigerung!
