正渗透水处理技术及应用案例(沃特尔张承慈)
浅谈水处理中的正渗透技术
浅谈水处理中的正渗透技术正渗透技术是一种用于水处理的高效技术，它能够去除水中的有机物、无机盐和微生物等有害物质，从而得到高纯度的水。
正渗透技术已经在工业生产、饮用水处理、海水淡化等领域得到了广泛的应用。
本文将从正渗透技术的原理、应用和发展趋势等方面进行探讨。
正渗透技术是一种通过半透膜对水进行过滤的技术。
正渗透膜是一种特殊的薄膜，能够让水分子通过，但是能够阻止大部分溶质（比如盐、有机物等）通过。
当水在一侧施加一定的压力时，水分子能够通过半透膜，而溶质则被阻止在另一侧，从而实现了对水的净化。
正渗透技术相比传统的过滤技术，具有更高的效率和更低的能耗，因此得到了广泛的应用。
正渗透技术在水处理领域有着广泛的应用。
它被广泛用于工业生产中的水处理。
在许多工业过程中，需要用到高纯度的水，而正渗透技术能够提供这样的水源。
正渗透技术也被广泛应用于饮用水处理。
在一些地区，地下水或者自来水中含有大量的盐分或者有机物，通过正渗透技术可以将这些有害物质去除，得到可以直接饮用的水。
正渗透技术还被用于海水淡化。
由于海水中含有大量的盐分，直接饮用是不可取的，而正渗透技术能够将海水中的盐分去除，得到淡水，从而解决了一些地区的淡水资源短缺问题。
随着科学技术的不断进步，正渗透技术也在不断发展。
一方面，正渗透膜的材料和技术不断得到改进，使得正渗透技术能够处理更加复杂的水质，提高了净化水的效率和纯度。
正渗透技术与其他技术的结合也越来越多，比如与超滤、电渗析等技术结合，能够更好地解决一些特殊水质的处理问题。
未来，正渗透技术还有望在污水处理、废水回收等领域发挥更大的作用。
火电厂废水零排放技术及工艺案例
污泥外运
存在的问题：1、多效蒸发结晶器能耗高（1吨废水需0.4吨蒸汽）。 2、产生混盐，无法综合利用。
废水零排放技术及案例分析
废水零排放案例
案例1：河源电厂
每1m3废水， 消耗蒸汽约300kg， 耗电约30kW.h
进水
原水池
二级软化 澄清
清水箱
蒸馏水换 热器
4效MED蒸发 +结晶
实际~240~360m3/d
废水零排放技术及案例分析
废水零排放案例
案例：准格尔大路园区零排放
废水零排放技术及案例分析
五、废水零排放案例
案例11：准格尔大路园区零排放
废水零排放技术及案例分析
废水零排放案例
案例：华能沁北电厂
灰场机械雾化蒸发：在灰场安装机械雾化装置，对脱硫废水进行雾化蒸发，现在安装4 台机械雾化装置，每台装置的蒸发水量为6t/h，电机功率为30千瓦
吨水运行费用70~80元
废水零排放技术及案例分析
废水零排放案例
案例1：河源电厂照片
废水零排放技术及案例分析
废水零排放案例
案例1：河源电厂照片
预处理加药
石灰澄清池
处理 度高
原水与产品
废水零排放技术及案例分析
废水零排放案例
案例2：华能长兴电厂
技术路线：处理22吨/小时脱硫废水，经预处理加氢氧化钙、碳酸钠、盐酸后沉淀脱泥， 出水进入石英砂过滤器后经钠离子交换器去除钙、镁离子后，进入两级反渗透装置（陶氏膜 ），反渗透浓水进入正渗透装置（正调试中，国内外首例），正渗透浓水进入两级多效蒸发 结晶器出混盐，经离心干燥期后打包装袋。
废水零排放技术及案例分析
废水零排放案例
案例4：南通王子纸业废水政府能达水务零排放照片
试析正渗透技术在水和废水处理中的应用
试析正渗透技术在水和废水处理中的应用摘要：正渗透技术是渗透压进行驱动的膜技术，与过去传统机械压力驱动膜技术相比具有较多优点，例如出水水质良好、能耗较低、设备应用便捷性较高、污染低等基本特点。
近些年我国在水与废水处理中开始对正渗透技术的应用进行探析，从实际应用中可以看出目前正渗透技术仍旧存在相应问题，使得技术全面推广受限。
本文以下主要对正渗透技术在水与废水处理中的应用进行探析，为技术的发展提供相应建议。
关键词：正渗透技术；水和废水处理；应用随着社会各个领域的全面发展，针对水和能源可持续发展问题开始更加关注，净水生产是能量密度较高的过程，如何在低耗能前提下满足基本用水需求是社会发展新时期需要解决的重点问题。
膜分离技术因出水水质较高，设备操作便捷等诸多优势当前在水处理领域中受到广泛关注，在现阶段水处理领域中常用的膜分离技术主要有超滤、微滤、反渗透和纳滤等。
正渗透技术是一种渗透压驱动的新型膜技术，在水与废水处理中应用价值较高。
一、正渗透技术基本原理概述（图1 正渗透与反渗透原理示意图）在正渗透技术应用过程中，水通过半透膜从原料液侧渗透到浓度较高的DS侧，或是离子不能全面通过半透膜。
从而使得水和溶质之间产生分离。
在实际应用中，水会不断进行渗透，逐步进入到DS侧，实际浓度值会不断被稀释，渗透压也会逐步降低，此时FS侧浓度值会不断提升，渗透压会逐步增加。
等到膜两侧位置渗透压差和液面位差相等时，渗透过程结束。
实际上，正渗透不需要添加相应外部压力，通过膜两侧渗透压差能够对此过程基本驱动力进行分析，正渗透基本原理如图一所示[1]。
二、正渗透技术应用中存在的问题分析正渗透技术与传统膜技术相比，在应用性能等诸多方面存在一定优势，但是也存在较多问题，此类问题对正渗透技术全面推广造成的一定限制性，所以需要重点对此类问题进行解决。
正渗透技术应用中浓差极化是主要问题，浓差极化分为内部和外部浓差极化，又能分为浓缩型与稀释型。
内外浓差极化产生的主要区别在于正渗透技术的支撑层内部与外膜部差。
正渗透膜技术在水处理中的研究应用进展
正渗透膜技术在水处理中的研究应用进展摘要：正渗透是指水在渗透压的作用下通过半透膜从高水化学势区域（或较低渗透压）自发地向低水化学势区域（或较高渗透压）传递的过程。
与压力驱动的膜分离水处理技术（比如超滤、纳滤、反渗透等）相比，正渗透具有低压、低能耗和较低的膜污染等优点。
文章介绍了正渗透的技术原理，综述了其在水处理领域的研究和应用进展，分析了目前存在的问题并展望了应用前景。
膜分离技术近年来发展迅猛，在净水处理、污水处理与回用以及工业水处理领域应用广泛。
其中反渗透（Reverse osmosis, RO）膜的膜孔径小，能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等，具有水质好、无污染、工艺简单等优点。
然而RO存在能耗较高、水回收率低、浓水排放、浓差极化和膜污染严重等问题，限制了该技术的广泛应用。
“正渗透（Forward osmosis, FO）是一种常见的物理现象，是指水通过半透膜从高水化学势区域（或较低渗透压）自发地向低水化学势区域（或较高渗透压）传递的过程。
人类很早就用该技术服务于日常生活，例如用浓盐水干燥和保存食物。
近年来研究发现正渗透技术在水处理领域具有无可比拟的优势，与外界压力驱动的RO过程相比，FO过程无需外加压力，仅依靠渗透压驱动，因此FO能耗小，膜污染相对较轻因而不需要频繁清洗。
另外FO在脱盐过程中回收率高，浓缩盐水可通过结晶分离，没有浓盐水排放，是环境友好型技术。
目前国内关于FO应用于水处理的研究较少，本文简要介绍了FO 技术的基本原理和研究进展，对国内外将FO技术应用于水处理领域的研究进展进行了详述，对存在的问题进行了分析、对应用前景进行了展望，以期将这一新型水处理技术介绍给国内水处理领域的研究人员，推动国内对于该技术的重视和研究。
1 正渗透基本原理如图1所示正渗透、反渗透和减压渗透的原理。
水和盐水两种不同渗透压的溶液分别放置在被半透膜隔开的容器两侧，在没有外界压力时，水会通过半透膜自发地从纯水侧扩散至盐水侧，使盐水侧液位升高，直到膜两侧的液位压力差与膜两侧的渗透压差相等时停止，这就是正渗透过程；当外加压力大于渗透压差（Δp＞Δπ）时，水会从盐水一侧扩散至纯水一侧，这个过程称之为反渗透；对盐水侧溶液施加一个外加压力（ΔP），当外加压力小于渗透压差（ΔP＜Δπ）时，水仍然会从纯水一侧扩散至盐水溶液一侧，这个过程称之为减压渗透（Pressure-retarded osmosis, PRO）。
浅谈水处理中的正渗透技术
浅谈水处理中的正渗透技术正渗透技术是一种高效的水处理技术，广泛应用于饮用水净化、工业废水处理等领域。
正渗透技术通过半透膜的选择性分离作用，可以有效去除水中的杂质和溶解物质，得到高纯度的水。
本文将就正渗透技术的原理、应用及发展趋势进行深入探讨。
一、正渗透技术的原理正渗透技术是一种利用半透膜对水中溶解物质和杂质进行分离的方法，其原理基于渗透压差和选择性透过性。
正渗透过程是一种自然界常见的现象，即两种浓度不同的溶液被隔离的半透膜分隔开来，高浓度的溶液由于渗透压的作用会向低浓度的溶液一侧移动，直到两侧的浓度趋于一致。
而在正渗透技术中，通过施加外部压力，将水分子从高浓度的溶液一侧通过半透膜，从而得到高纯度的水，而溶解物质和杂质则被阻隔在半透膜的一侧。
正渗透膜通常为一种多孔性的聚合物材料，其孔径可以控制在纳米级别，使得只有水分子可以透过，而溶解物质和微生物等大分子则无法通过，从而实现对水质的高效净化。
二、正渗透技术在饮用水净化中的应用在饮用水净化领域，正渗透技术被广泛应用于地表水、地下水和海水等各种水源的淡化处理。
对于某些污染较为严重的水源，传统的净化方法往往难以满足净化要求，而正渗透技术则能够有效地去除水中的有机物、无机盐、重金属等有害物质，得到高纯度的饮用水。
通过正渗透技术处理后的水质纯净，口感清甜，完全符合饮用水的卫生标准。
正渗透技术还可用于家庭饮用水净化设备的制备，在家庭中安装正渗透净水器，既方便又实用，可以有效保障家庭饮用水的质量和安全。
在工业生产过程中，会产生大量的废水，其中含有大量有机物、无机盐和重金属等污染物质，严重影响环境的水质和生态平衡。
传统的废水处理方法往往成本高且效果有限，而正渗透技术可以有效地解决这一问题。
正渗透技术在工业废水处理中的应用，主要包括脱盐、浓缩和废水回收等方面。
通过正渗透技术处理后的废水，不仅可以降低废水的排放量，减少对环境的污染，同时还可以实现废水资源化利用，节约水资源并降低生产成本。
正渗透膜技术及其应用
正渗透膜技术及其应用在当今社会，膜技术已经成为了许多工业和环境领域中的一项重要技术。
正渗透膜技术便是其中之一。
正渗透膜技术是一种基于渗透作用的分离技术，通过能量输入来实现物质之间的分离和纯化。
它已经广泛应用于水处理、药物分离、食品加工、废物处理和能源领域等。
正渗透膜技术的基本原理是利用膜的选择性通透性，通过液体中的溶质在膜中的扩散来实现物质的分离。
其中，正渗透膜是指溶剂可以通过膜而溶质留在膜的一侧，从而实现对溶质的分离。
这一技术区别于逆渗透膜技术，后者是溶质在膜中的扩散，而溶剂留在膜的一侧。
正渗透膜技术在水处理中有着广泛的应用。
例如，通过正渗透膜技术可以将海水中的盐分去除，实现淡化海水，从而解决了淡水资源短缺的问题。
此外，正渗透膜技术还可以用于水中微量有机物质的去除，如水中的重金属离子、农药、药物残留等。
因为正渗透膜可以实现非常高的分离效率和选择性，所以它在制备高纯水和饮用水中的应用也越来越广泛。
在药物分离领域，正渗透膜技术被用于制备高纯度的药物和生物制剂。
通过正渗透膜技术可以将溶液中的杂质和离子去除，从而得到纯净的药物溶液。
正渗透膜技术在这一领域有着高效、环保和节能的特点，因此被广泛应用于制药工业。
食品加工中，正渗透膜技术可以用于浓缩果汁和脱水过程。
通过正渗透膜技术，可以去除果汁中的水分，从而实现果汁的浓缩。
同时，正渗透膜技术还可以去除果汁中的颜色素和异味物质，从而提高果汁的品质。
在脱水过程中，正渗透膜技术可以实现从食品中去除水分，从而延长食品的保质期。
废物处理领域是正渗透膜技术的另一个应用领域。
通过正渗透膜技术可以对废水中的有机物质和无机盐进行分离和去除。
这种技术对于废水处理工艺的改进具有重要意义，可以降低处理成本和能耗。
同时，正渗透膜技术还可以用于处理含有有机物质和无机盐的工业废水，如纺织废水和化工废水。
能源领域也是正渗透膜技术的应用领域之一。
通过正渗透膜技术可以实现煤炭气化和天然气净化过程中的气体分离和纯化，提高能源利用效率。
正渗透水处理技术概要
正渗透水处理关键技术研究进展［摘要］正渗透是一种新型的膜分离技术，其分离的驱动力来源于原料液和汲取液之间自然存在的渗透压差，近年来正渗透技术已在国际上得到广泛关注。
简述了基于此技术的正渗透水处理过程的基本原理，指出了这种新型水处理过程的关键技术——正渗透膜和汲取液，根据各自的技术特点对其进行分类概述，并从实验室基础研究和技术的商业化进程两方面介绍了这两项关键技术取得的最新研究进展。
从水通量角度对不同体系进行了简单比较，分析了各材料和方法的优缺点，并对它们的应用前景进行了展望。
［关键词］正渗透；水处理；汲取液；海水淡化［中图分类号］ TQ028.8 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1005-829X（2012）05-0005-05 Advance in the key techniques of forward osmosis water treatmentZhang Qian1，Shi Qiang2，Ruan Guoling1，Chu Xizhang1Abstract： Forward osmosis（FO） is a kind of new membrane separation technique. Its driving force comes from the naturally existing osmotic pressure difference between feed solution and draw solution. Forward osmosis （FO） technology has become increasingly attractive internationally，in recent years. The basic principles of the FO water treatment are introduced and the key techniques of the new type of water treatment process-FO membrane and draw solution -are pointed out. According to their own technical characteristics，the key techniques are classified and summarized. The newest research progress in the key techniques is introduced from the aspects of fundamental research in labs and the schedule of technique commercialization. Different systems are compared simply from the angle of water flux. The advantagesand disadvantages of various raw materials and methods are analyzed and their application foreground is prospected.Key words： forward osmosis；water treatment；draw solution；seawater desalination正渗透是一种新型的膜分离处理技术，与超滤、微滤和反渗透等常用膜分离技术相比，其不需要外加压力作为分离驱动力（或者在较低的外加压力下即可运行），而是靠溶液自身的渗透压差推动正渗透分离过程。
正渗透水处理技术及应用案例(沃特尔张承慈)
150 bpd
60%
Texas, USA
4*4,000 bpd
50-65%
2015/7/23
Beijing Woteer Water Technology Co., Ltd
27
马塞勒斯项目
• 在2009年，仅Marcellus Shale开采产生的压裂液废水就接近76
万吨。在2010年，这个数字增加至112万吨。在未来二十年， 预计在Marcellus将钻探和开发5万口新的页岩气井。随着排放
2015/7/23 Beijing Woteer Water Technology Co., Ltd 12
正渗透技术开发现状
• 截至2013年4月的数据
2015/7/23
Beijing Woteer Water Technology Co., Ltd
13
FO与RO的区别
RO水通量 = A (ΔP – Δπ)
• 复合正渗透膜(TFC)
– 厚度~100μm
– 机械强度高、耐药性好
2015/7/23 Beijing Woteer Water Technology Co., Ltd 9
汲取液的选择
• 溶解度高
– 可以产生足够的渗透压
• 容易浓缩回收
– 实现循环利用
• 不易反向扩散
– 提高使用效率
• 最小化内部浓差极化
24
Beijing Woteer Water Technology Co., Ltd
汲取液回收精馏塔示意图
冷物料 DDS：稀释的汲取液 CDS：浓缩的汲取液
填料
产水
冷凝器
CDS
热源
DDS
再沸器
进料泵
2015/7/23 Beijing Woteer Water Technology Co., Ltd
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多孔 支撑层
DS ,b
• 反渗透
– 外部浓缩的浓差极化
p Draw,i
• 正渗透
– 外部浓缩的浓差极化 – 内部稀释的浓差极化 – 外部稀释的浓差极化
Feed ,i c Feed ,i
c Feed ,b Feed ,b
水通量
对于正渗透(FO)是主要阻力
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正渗透膜技术抗污染优势
Source: Hickenbottom, et al., JMS, 2013
生物污染代表： 海藻酸盐
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有机污染代表： 牛血清蛋白
无机结垢代表： 硫酸g Woteer Water Technology Co., Ltd
正渗透膜的性能恢复
• 复合正渗透膜(TFC)
– 厚度~100μm
– 机械强度高、耐药性好
2015/7/23 Beijing Woteer Water Technology Co., Ltd 9
汲取液的选择
• 溶解度高
– 可以产生足够的渗透压
• 容易浓缩回收
– 实现循环利用
• 不易反向扩散
– 提高使用效率
• 最小化内部浓差极化
原水水质
TDS: 65,000 – 75,000 ppm TDS 硬度: 14,000 mg/L as CaCO3
处理量
回收率
150 bpd
65%
Permian Basin, Texas, USA
TDS: 90,000 – 120,000 ppm TDS 硬度: 3-12,000 mg/L as CaCO3 TDS: 75,000 – 120,000 ppm TDS 硬度: 6-9,000 mg/L as CaCO3
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正渗透膜分离过程
正渗透膜法高浓盐水浓缩
Membrane & FO Module
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正渗透膜材料
• 三乙酸纤维素(CTA)
– 厚度50μm
• 聚苯并咪唑(PBI)
– 中空纤维NF – 厚度40μm
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正渗透膜性能对比 由第三方机构验证:
• • • Coday, Cath, et al., ES&T 2013 Cath, McCutcheon, et al., Desalination 2013 Straub, Elimelech, et al., NAMS 2013
理想状态:
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3.0 Water Flux, GFD 2.5 2.0 1.5 1.0
FO水通量 = A (Δπ – ΔP)
FO
Δ P = 3 bar
0.5
0.0
Δ P = 70 bar
RO
TDS, mg/L
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浓差极化现象
18 16 14 Flux (GFD) 12 10 20 Recovery (%) 25
Intensity Test
1 2 3 4 5 6 7 8 9 Average, GFD: St Dev: Variance, %:
Initial Flux, GFD
14.11 14.68 14.34 14.00 15.25 16.10 13.42 14.63 14.70 14.58 0.77 5.28 98.6 98.7
•
2013年完成对美国Oasys Water 公司的股权投 资，引入全球最前沿正渗透膜MBC（高盐水膜浓 缩）技术，主要用于高盐废水零排放和海水淡化
•
2013年中国机械工业集团下属公司中工国际（股 票代码：002051）成为沃特尔公司控股股东
– – – – – 国内第一套煤化工浓盐水近零排放项目——伊泰化学 国内第一套正渗透MBC脱硫废水零排放项目——长兴电厂 国内第一套40万吨/天电厂循环水处理项目——信发铝业 国内第一套正渗透MBC煤化工废水零排放项目——中天合创 国内第一套正渗透MBC废水零排放BOT项目——阳煤太化
17
MBC核心技术——正渗透膜
性能参数 纯水透过系数 (A) 数值 1.02*10-11 单位 m/s-Pa
NaCl透过系数 (B)
结构参数 (S t1 t1 e1) 正渗透模式水通量 (Jw @ 1 M NaCl vs. DI) NaCl截留率 (反渗透模式; 225 psig; 2,000 ppm) Oasys专利 – 正渗透膜: US 8,181,794 B2
150 bpd
60%
Texas, USA
4*4,000 bpd
50-65%
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马塞勒斯项目
• 在2009年，仅Marcellus Shale开采产生的压裂液废水就接近76
万吨。在2010年，这个数字增加至112万吨。在未来二十年， 预计在Marcellus将钻探和开发5万口新的页岩气井。随着排放
MBC系统 低压正渗透膜系统
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最终产水
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详细水质数据
(原水 | 产水 | 浓盐水)
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30
Permian盆地项目
5.74*10-8
320 16.4/27.8 99.1%
m/s
μm GFD/LMH
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正渗透膜组件内部构造
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正渗透技术开发现状
• 截至2013年4月的数据
2015/7/23
Beijing Woteer Water Technology Co., Ltd
13
FO与RO的区别
RO水通量 = A (ΔP – Δπ)
产水泵
循环泵
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汇报提纲
• 正渗透技术基本原理与发展过程
• 正渗透膜浓缩(MBC)系统技术特点
• MBC系统的应用业绩
• 总结
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Oasys公司浓盐水回用业绩（美国）
位置
Marcellus Shale, Pennsylvania, USA
Oasys是目前唯一将正渗透技术用于处理超过50,000ppm TDS高浓盐水的公司
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23个专利组: 6项已授权美国专利 / 21项申请中的美国专利, Beijing Woteer Water Technology Co., Ltd 17项已授权非美国专利 / 191项申请中的非美国专利
2015/7/23
淡化水
浓缩海水 TDS 70000 ppm
淡化水
Beijing Woteer Water Technology Co., Ltd 50% 回收率
6
J w A P
正渗透（FO）技术
汲取液回收
P=
汲取液
原水
浓盐水
原水
渗透
正渗透
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汲取液回收精馏塔示意图
冷物料 DDS：稀释的汲取液 CDS：浓缩的汲取液
填料
产水
冷凝器
CDS
热源
DDS
再沸器
进料泵
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处理主要包括初级分离、去除硬度和脱盐等。
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– 增大运行通量
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历年来研发FO的发表文章数
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11
FO成为全球研究热点
开发FO的公司（6家） 研究FO的科研机构（>30）
标准被更严格的执行，以及准许注入污水深井量的减少，面对如
此严峻的挑战，急需开发一种新的压裂液废水处理方案能够充分 的处理此类污水并且将其总量减至最小。
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马塞勒斯项目
化学加药
反应絮凝
澄清
污泥脱水
介质过滤
正渗透膜分离技术展望
23 July 2015
沃特尔WOTEER
• 1994年10月创立“北京沃特尔水工程责任有限公司”一 直致力于中水回用、污水资源化等技术研究和工程总承包
– 国内第一套中水回用系统——国电邯郸电厂
–