AbstractDisc-tube reverse osmose (DTRO) is naar voren gekomen als een geavanceerde membraanscheidingstechnologie, met name in scenario's voor de behandeling van afvalwater met hoge concentraties. Dit artikel richt zich op het tweetraps DTRO-systeem en analyseert de structurele voordelen, operationele mechanismen en toepassingsgevallen in industrieën zoals stortplaatsuitloging, industrieel afvalwater en gemeentelijk afvalwater. Door de beperkingen van eenentrap DTRO aan te pakken - waaronder een lage waterterugwinning en membraanvervuiling - bereikt de tweetrapsconfiguratie superieure prestaties, waardoor het een cruciale oplossing is voor moderne waterrecycling.1. InleidingReverse osmose (RO) is een hoeksteen van geavanceerde afvalwaterzuivering, maar traditionele spiraalvormige RO-membranen staan voor uitdagingen bij de behandeling van afvalwater met een hoge zoutgehalte en een hoge vervuilingsbelasting (bijv. stortplaatsuitloging met CZV > 5.000 mg/L en TDS > 30.000 mg/L). DTRO, voor het eerst gecommercialiseerd in de jaren 1980, maakt gebruik van een uniek disc-tube moduleontwerp met turbulentiebevorderaars, waardoor het bestand is tegen zware bedrijfsomstandigheden. Het tweetraps DTRO-systeem - dat een hogedruk eerste trap en een middeldruk tweede trap combineert - optimaliseert verder de waterterugwinning en de afwijzing van verontreinigende stoffen, en speelt in op de groeiende vraag naar duurzaam afvalwaterbeheer.2. Technische principes van tweetraps DTRO2.1 Enkele trap versus tweetraps configuratieEnkele trap DTRO: Behandelt onbewerkt afvalwater in één keer, met een waterterugwinning van ~70-80%, maar laat een concentraat met een hoge concentratie (TDS > 60.000 mg/L) achter dat verdere verwijdering vereist.Tweetraps DTRO:Eerste trap: Werkt bij 60-80 bar, behandelt onbewerkt afvalwater om permeaat te produceren (60-70% terugwinning) en een primair concentraat.Tweede trap: Behandelt het primaire concentraat bij 40-60 bar, waarbij nog eens 30-40% van het water uit het concentraat wordt teruggewonnen.Totale terugwinning: Tot 90%, waarbij het uiteindelijke concentraatvolume met 70-80% wordt verminderd in vergelijking met systemen met één trap.2.2 Belangrijkste componentenDisc-Tube Modules: Gestapelde polypropyleenschijven met stroomkanalen, die membraanverdichting voorkomen en een hoge dwarsstroomsnelheid (1-3 m/s) mogelijk maken om vervuiling te minimaliseren.Hogedrukpompen: Roestvrijstalen centrifugaalpompen met variabele frequentie-aandrijvingen (VFD) voor nauwkeurige drukregeling.Chemisch reinigingssysteem: CIP (Clean-in-Place) units met zuur/alkalische oplossingen om aanslag (bijv. CaCO₃, SiO₂) en organische vervuiling te verwijderen.3. Prestatievoordelen3.1 Hogere waterterugwinningDoor het concentraat opnieuw te verwerken, vermindert tweetraps DTRO de inname van zoet water en de afvoer van afvalwater. Een stortplaatsinstallatie voor uitloging van 1.000 m³/dag die tweetraps DTRO gebruikt, produceert bijvoorbeeld ~900 m³/dag permeaat (voldoet aan de hergebruiknormen van GB/T 19923-2005) en slechts ~100 m³/dag eindconcentraat.3.2 Verbeterde afwijzing van verontreinigende stoffenOrganische stoffen: CZV-afwijzing > 99% (van 10.000 mg/L naar 98%, afwijzing van zware metalen (Pb, Cd, Cr⁶⁺) > 99,9%.Microverontreinigingen: Effectieve verwijdering van geneesmiddelen (bijv. ibuprofen) en hormoonontregelende chemicaliën (EDC's) via membraanzeving en adsorptie.3.3 Verminderde membraanvervuilingHet tweetrapsontwerp verdeelt de vervuilingsbelasting over de trappen:Eerste trap behandelt hoge zwevende stoffen (SS) en colloïden, beschermd door een voorbehandelingssysteem (bijv. ultrafiltratie, actieve kool).Tweede trap behandelt concentraat met lagere SS, waardoor de vervuilingssnelheid met 40-50% wordt verminderd in vergelijking met systemen met één trap.Levensduur membraan: 3-5 jaar, 2-3 keer langer dan spiraalvormige RO in vergelijkbare toepassingen.4. Industriële toepassingen4.1 Behandeling van stortplaatsuitlogingCasestudy: Een gemeentelijke stortplaats in Shanghai (2023) installeerde een tweetraps DTRO-systeem van 500 m³/dag. Resultaten:Permeaatkwaliteit: CZV < 80 mg/L, NH₃-N < 10 mg/L, TDS 100.000 mg/L) en koolwaterstoffen. Tweetraps DTRO wint 85% van het water terug voor hergebruik in koeltorens.Mijnbouw: Behandelt zure mijnafvoer (AMD) met veel zware metalen (Cu²⁺, Zn²⁺). Het permeaat voldoet aan de drinkwaternormen (WHO-richtlijnen) na nabehandeling.5. Uitdagingen en toekomstperspectieven5.1 Huidige uitdagingenEnergieverbruik: Tweetrapssystemen vereisen ~2-3 kWh/m³ elektriciteit, hoger dan systemen met één trap (~1,5 kWh/m³).Membraankosten: DTRO-membranen zijn 2-3 keer duurder dan spiraalvormige membranen, hoewel de langere levensduur dit in de loop van de tijd compenseert.5.2 Toekomstige trendsIntegratie met hernieuwbare energie: Koppeling met zonne-/windenergie om de ecologische voetafdruk te verkleinen (bijv. een installatie van 1.000 m³/dag in Australië gebruikt 500 kW zonnepanelen om pompen van stroom te voorzien).Slimme monitoring: Op AI gebaseerde systemen (bijv. machine learning-algoritmen) om vervuiling te voorspellen en reinigingscycli te optimaliseren, waardoor de uitvaltijd met 30% wordt verminderd.Membraanmateriaal innovatie: Ontwikkeling van met grafeen gemodificeerde DTRO-membranen met een hogere flux (tot 40 L/m²·h) en chemische bestendigheid.6. ConclusieHet tweetraps DTRO-systeem vertegenwoordigt een paradigmaverschuiving in de afvalwaterzuivering, waarbij hoge efficiëntie, duurzaamheid en betrouwbaarheid in evenwicht worden gebracht. De mogelijkheid om extreme afvalwateromstandigheden aan te kunnen en tegelijkertijd de waterterugwinning te maximaliseren, maakt het onmisbaar voor industrieën die te maken hebben met waterschaarste en strenge milieuvoorschriften. Naarmate de membraantechnologie vordert en de kosten dalen, zal tweetraps DTRO een centrale rol spelen in de wereldwijde overgang naar een circulaire watereconomie.Trefwoorden: Tweetraps DTRO; Afvalwaterzuivering; Waterterugwinning; Membraanvervuiling; StortplaatsuitlogingDit artikel geeft een uitgebreid overzicht van tweetraps DTRO, van technische principes tot praktijktoepassingen, en benadrukt de potentie ervan om dringende wateruitdagingen in de 21e eeuw aan te pakken.
