Attualmente, il processo principale per il trattamento avanzato delle acque reflue ad alta-salinità provenienti dagli impianti chimici del carbone è la cristallizzazione per evaporazione. La cristallizzazione per evaporazione è costosa, con l'evaporazione multi-effetto che costa 60 RMB/t e il trattamento MVR che costa 40 RMB/t. Per risparmiare sui costi e utilizzare appieno le risorse idriche, le aziende in genere implementano un processo di pretrattamento della riduzione e della concentrazione del volume prima che le acque reflue entrino nell'evaporatore, aumentando la concentrazione di sale al 7%~10% o superiore per ridurre al minimo la quantità di acqua che entra nel cristallizzatore dell'evaporatore. Attualmente, i processi più maturi di riduzione del volume e pretrattamento della concentrazione utilizzati nei progetti di ingegneria domestica includono: membrane a osmosi inversa ad alta-efficienza, membrane vibranti, membrane a osmosi inversa con tubi a disco, membrane ED e membrane bipolari.
La tecnologia di concentrazione della membrana ad osmosi inversa ad alta-efficienza ha avuto origine dalla tecnologia di Arquette Corporation negli Stati Uniti ed è stata gradualmente introdotta nella pratica ingegneristica nazionale. I processi principali includono: filtrazione ad alta-efficienza + rimozione profonda di ioni multivalenti + degasaggio + osmosi inversa ad alta-efficienza.
La concentrazione della membrana ad osmosi inversa ad alta-efficienza è essenzialmente una tecnologia di osmosi inversa, semplicemente un'ottimizzazione e un'innovazione dei parametri di processo. Pertanto, il suo rapporto di concentrazione è limitato dai parametri della stessa membrana ad osmosi inversa. Ad esempio, utilizzando una membrana di desalinizzazione dell'acqua di mare è possibile concentrare il sale fino a circa il 7%. Le differenze principali tra l'osmosi inversa ad alta-efficienza e l'osmosi inversa convenzionale sono le seguenti:
1. Rimozione profonda migliorata degli ioni multivalenti per ridurre l'incrostazione della membrana;
2. Acidificazione e degasaggio prima della regolazione dell'alcalinità per ridurre l'alcalinità del carbonato e prevenire il ridimensionamento del carbonato;
3. Funzionamento a pH elevato (pH=11) per ridurre l'incrostazione della membrana da parte di materia organica, silice e microrganismi, aumentando così la resa del permeato.
La tecnologia della membrana a osmosi inversa ad alta-efficienza presenta requisiti di pretrattamento molto più severi rispetto all'osmosi inversa convenzionale, in particolare nella rimozione degli ioni metallici inorganici multivalenti. Oltre al tradizionale addolcimento chimico per rimuovere la durezza e altri ioni ad alto-valente, impiega speciali resine a scambio ionico (resine a scambio cationico debolmente acide) per la rimozione profonda di ioni multivalenti, convertendo i sali in sali di sodio altamente solubili. Inoltre, nel ridurre l'alcalinità del carbonato, l'acidificazione e il degasaggio rimuovono l'anidride carbonica, prevenendo la formazione di carbonato durante la regolazione dell'alcalinità e riducendo la tendenza alla formazione di incrostazioni di carbonato.
I processi a membrana ad osmosi inversa (RO) ad alta-efficienza funzionano a pH elevato, che aumenta la solubilità della materia organica attraverso la saponificazione e il silicio, riducendo così l'incrostazione della membrana. Il funzionamento a pH elevato riduce inoltre l'attività microbica e le incrostazioni, mitigando l'intasamento della membrana.
Applicabilità dei processi con membrana RO ad alta-efficienza nell'industria chimica del carbone: il processo è essenzialmente l'osmosi inversa, utilizzando elementi di membrana avvolti a spirale-disponibili in commercio. La tecnologia principale consiste nel ridurre la materia organica, il silicio e le incrostazioni microbiche attraverso operazioni a pH elevato. È importante notare che la teoria del fouling della membrana si applica anche ai processi con membrana RO ad alta-efficienza. L'incrostazione non è dovuta esclusivamente allo strato di torta del filtro formato da materiale insolubile sulla superficie della membrana; gli inquinanti disciolti possono causare incrostazioni irreversibili della membrana attraverso l'adsorbimento e altri meccanismi. Inoltre, la materia organica di diverso peso molecolare può causare vari gradi di incrostazione della membrana, rendendo cruciale il controllo della materia organica nell'acqua di alimentazione. Per le membrane composite convenzionali in poliammide, sebbene la loro resistenza agli alcali sia migliore rispetto alle membrane in acetato di cellulosa, il controllo del pH dell'acqua di alimentazione rimane fondamentale; non dovrebbe superare 11.
Per le acque reflue ad alta-salinità provenienti dalle industrie chimiche del carbone, il controllo di processo chiave nella selezione delle membrane RO ad alta-efficienza risiede ancora nei processi di pretrattamento appropriati. È necessario adottare misure di controllo della concentrazione di materia organica per ridurre la concentrazione di materia organica, in particolare riducendo la materia organica della serie benzene a livelli estremamente bassi attraverso l'ossidazione; sono inoltre necessari un profondo addolcimento delle acque reflue e una profonda rimozione degli ioni multivalenti.