Kde sa používa a čo rieši: Typické priemyselné aplikácie keramických membrán na oddeľovanie oleja a vody

1. Technológia musí byť aplikovaná na špecifické vodné podmienky

V predchádzajúcich dvoch článkoch bolo do hĺbky vysvetlené „prečo si vybrať keramické membrány“ a „ako fungujú“, ale aj tá najlepšia technológia má hodnotu len vtedy, keď sa aplikuje na špecifické vodné podmienky.Keramické membrány na oddeľovanie oleja a vodynie sú riešením-na všetko. Ich najvhodnejšie aplikácie sú toky odpadových vôd s obsahom oleja, ktoré sa vyznačujú „jemnými kvapôčkami oleja, silne kontaminovanou vodou a drsnými prevádzkovými podmienkami“. Naopak, pre aplikácie s nízkym obsahom oleja, miernymi vodnými podmienkami a obmedzenými výkyvmi môžu byť lacnejšie -nákladové organické membrány alebo konvenčné fyzikálne-chemické metódy úpravy. Tento článok prechádza niekoľkými typickými priemyselnými scenármi, aby preskúmal, čo vlastne keramické membrány riešia a kedy by sa mala ich aplikácia prehodnotiť.

2. Scenár 1: Produkovaná voda z ropného poľa a opätovné vstrekovanie

Začnime sropné pole produkovalo vodu. Toto je jedna z najklasickejších oblastí použitia keramických membrán. Formačná voda sa pri ťažbe ropy dostáva na povrch, prenáša ropu, formovací piesok, ióny vodného kameňa a veľké množstvo emulgovaného oleja. Často si tiež zachováva svoju formovaciu teplotu-veľká časť vyrobenej vody je teplá, keď sa dostane na povrch, a niektoré toky môžu byť dokonca relatívne horúce. To, čo robí situáciu náročnejšou, je jej „dvojité poslanie“: môže byť aj vodaznovu vstreknúť do formácie, aby sa udržal tlak, ktorá kladie požiadavky na nerozpustné látky a obsah oleja, prípošetrené na opätovné použitie alebo vyhovujúce vybitie, ktorá kladie ešte vyššie nároky na stabilitu kvality vody. Konvenčná gravitačná separácia a flotácia rozpusteným vzduchom môžu často bojovať, keď sa súčasne vyskytuje emulgovaný olej a veľké množstvo piesku. Keramické membrány sú veľmi vhodné pre tieto podmienky kvôli ich hydrofilným a oleofóbnym vlastnostiam, ako aj ich odolnosti voči teplote a oderu. Cross{3}}filtrácia s priečnym tokom nepretržite odstraňuje piesok a olej, zatiaľ čo ultrafiltrácia zadržiava emulgovaný olej a vytvára stabilný a čistejší permeát, ktorý pomáha predchádzať upchávaniu tvorby počas opätovného vstrekovania a chráni následné procesy počas opätovného použitia. V inžinierskych skúsenostiachOchrana životného prostredia Taihe s keramickými membránovými systémami pre zaolejované odpadové vody,{0}}aplikácie súvisiace s ropnými poľami predstavujú významný podiel,práve preto, že ich potreba „špinavej, ale stabilnej“ prevádzky sa tesne zhoduje so silou keramických membrán.

2.1 Kvalitatívne požiadavky na kvalitu reinjektovanej vody

Pokiaľ ide o opätovné vstrekovanie, stojí za to pridať bod o kvalitatívnych požiadavkách, pretože sú dôležitým základom pre výber membrány v aplikáciách na ropných poliach. Ak sú nerozpustné pevné látky a obsah oleja vo vode na opätovné vstrekovanie príliš vysoký, môžu upchať hrdlá pórov a poškodiť zásobník po vstreknutí, čo má za následok zvýšený vstrekovací tlak a zníženú účinnosť regenerácie oleja. Preto sa reinjektovaná voda vo všeobecnosti zameriava na tri aspekty:koncentrácia nerozpustených látok a distribúcia veľkosti častíc-, obsah oleja a kompatibilita s vodou z formácie,vrátane toho, či môže dôjsť k odlupovaniu alebo opuchu hliny. Hodnota keramických membrán spočíva v ich schopnosti súčasne redukovať suspendované pevné látky a emulgovaný olej na stabilnú a relatívne nízku úroveň pri zachovaní nízkych výkyvov v kvalite permeátu. Pre ropné polia vyžadujúce-dlhodobú stabilnú injektáž je to zmysluplnejšie ako dosahovanie nízkej hodnoty len dočasne. Čo sa týka špecifických limitov, výrazne sa líšia medzi ropnými poľami a nádržami a musia sa určovať podľa noriem špecifických pre danú lokalitu, a nie podľa jednotnej univerzálnej hodnoty.

3. Scenár 2: Rafinéria a petrochemická olejová odpadová voda

Ďalej jeolejové odpadové vody z rafinérií a petrochemických zariadení. Tento typ vody je zložitejší ako voda z ropných polí. Okrem oleja môže obsahovať fenoly, sulfidy, suspendované jemné častice katalyzátora a rôzne iné nečistoty. Kvalita vody môže výrazne kolísať počas prepínania jednotky-a teploty môžu byť tiež relatívne vysoké. Hodnota keramických membrán nespočíva v tom, že „preberajú“ všetky kontaminanty samotné, ale v tom, že slúžia ako stabilná „bariéra na odstraňovanie oleja a nerozpustených látok“: ako prvé sa odstraňuje olej a častice, ktoré majú najväčší vplyv na následné procesy, takže následné biologické alebo pokročilé čistenie môže fungovať stabilnejšie. Ich odolnosť voči chemickému čisteniu je tu obzvlášť užitočná, pretože odpadová voda z rafinérií je silne kontaminovaná a môže vyžadovať časté čistenie. Organické membrány sa môžu po opakovanom čistení poškodiť, zatiaľ čo keramické membrány vydržia opakované čistiace cykly. Odpadová voda z rafinérií má, samozrejme, zložité zloženie, takže keramické membrány sú zvyčajne skôr „centrálnou zložkou“ kombinovaného čistiaceho procesu než „jedinou“ technológiou úpravy. Tento rozdiel treba reálne uznať.

(Obrázok: Štyri typické scenáre zaolejovaných odpadových vôd: voda produkovaná ropnými poľami, odpadová voda z rafinérií a petrochemických závodov, kovoobrábanie, rezanie-tekutá odpadová voda a odpadová voda z potravinárskeho{1}}spracovania a bitúnkov, znázorňujúce príslušné formy ropy a hlavné výzvy.)

4. Scenár 3: Kovoobrábanie a rezanie-Kvapalina odpadových vôd

Treťou kategóriou sú odpadové vody z obrábacích a rezacích kvapalín.Po dlhšom používaní emulzií a rezných kvapalín v obrábacích dielňach sa môžu zmeniť na „čierny vývar“ obsahujúci minerálny olej a veľké množstvo povrchovo aktívnych látok a prísad do procesných-kvapalín s mimoriadne stabilnou emulgáciou a vysokou CHSK. Objem tohto typu odpadových vôd nemusí byť nutne veľký, ale náročnosť jeho čistenia nie je v žiadnom prípade nízka. Bežnou koaguláciou a flotáciou rozpusteným vzduchom sa často nepodarí dosiahnuť úplnú deemulgáciu, pričom v upravovanej vode zostáva zvyškový olej. Výhodou keramickej ultrafiltrácie je, že je obzvlášť účinná na „ošetrenie emulzií“: zadržiava stabilné kvapôčky oleja, zatiaľ čo permeát môže prejsť k odparovaniu, biologickému čisteniu alebo post-demulzifikačnej úprave. Pre strojárske spoločnosti to môže znamenať predĺženie životnosti reznej-kvapaliny, zníženie tvorby nebezpečného odpadu a zvýšenie potenciálu opätovného použitia. Na pozadí čoraz prísnejších environmentálnych predpisov jej hodnota nespočíva len vo výkonnosti liečby, ale aj v súlade s predpismi.

5. Scenár 4: Spracovanie potravín a odpadová voda z bitúnkov obsahujúca živočíšne a rastlinné oleje

Štvrtou kategóriou sú odpadové vody obsahujúce živočíšne a rastlinné oleje z potravinárskeho priemyslu, bitúnkov a podobných odvetví.Olej v tomto type odpadových vôd sú najmä živočíšne a rastlinné tuky a oleje. Teplota je často relatívne vysoká, najmä v horúcich-odpadových vodách zo spracovania a voda tiež obsahuje suspendované pevné látky, bielkoviny a organické látky. Živočíšne a rastlinné oleje na rozdiel od minerálnych olejov skôr tuhnú pri nízkych teplotách a priľnú k povrchu membrány, čo má za následok vyššie požiadavky na čistenie. Vysoká-teplotná odolnosť a vysoká čistiaca schopnosť keramických membrán sú tu obzvlášť užitočné: teplá voda alebo alkalické čistenie môže roztopiť stuhnutý olej a odstrániť priľnuté organické látky, čo umožňuje dobrú regeneráciu taviva. Keramické membrány sa často používajú ako jemná-filtračná bariéra po separácii oleja aflotácia rozpusteného vzduchuďalej znižuje zvyškový emulgovaný olej a umožňuje, aby permeát vstupoval do biologického čistenia alebo dôslednejšie spĺňal požiadavky na vypúšťanie.

6. Ďalšie aplikácie, ktoré stoja za pozornosť

Okrem štyroch hlavných oblastí použitia uvedených vyššie stojí za pozornosť aj niekoľko ďalších scenárov.Pri valcovaní za studena a spracovaní kovovEmulzná odpadová voda obsahuje zmes oleja, práškového železa a povrchovo aktívnych látok, čo sťažuje deemulgáciu a vysoké koncentrácie železa. Hociodpadová voda z koksovaniaje charakterizovaný hlavne fenolmi a amoniakom, môže tiež obsahovať dechtové-olejové frakcie, ktoré kladú prísne požiadavky na odolnosť voči znečisteniu membrány a chemickú odolnosť.Loď stoková vodaje typický „malý{0}}objem, vysoký-obsah ropy-, veľmi kolísavý“ prúd odpadovej vody. Často sa spracováva na mobilných plošinách, pričom sa kladie dôraz najmä na kompaktnosť systému a odolnosť voči hydraulickým a záťažovým rázom. Spoločnými charakteristikami týchto aplikácií sú jemné kvapôčky oleja, zložitá kvalita vody a neisté prevádzkové podmienky, ktoré spadajú do komfortnej zóny keramických membrán. Malo by sa však tiež zdôrazniť, že pred zavedením keramických membrán do akejkoľvek novej aplikácie by sa mala najskôr vykonať analýza kvality vody a pilotné testovanie, aby sa potvrdila materiálová a chemická kompatibilita a overila sa uskutočniteľnosť stratégie čistenia pred-rozšírením. Keramické membrány nie sú univerzálnym komponentom typu „plug{8}}and{9}}play“.

Keď sú tieto aplikácie usporiadané vedľa seba, je jasné, že hoci sa zdajú byť odlišné, ich základné výzvy sú vysoko konzistentné-všetci kombinujú „jemný olej + špinavá voda + výkyvy“. Nasledujúca tabuľka poskytuje kvalitatívne porovnanie týchto bežných problémov a aplikačnej logiky keramických membrán.

7. Keramické membrány zriedka fungujú samostatne: kombinované liečebné procesy

Je potrebné zdôrazniť ešte jeden bod: keramické membrány zriedka fungujú samostatne.Pre aplikácie s vysokým-olejovým-obsahom sa bežne používa „separácia oleja/DAF + keramická membrána“. Keď je potrebné pokročilé opätovné využitie vody, často sa používa „keramická membrána + reverzná osmóza“. V aplikáciách s vysokými hladinami rozpustenej organickej hmoty sa môže dodatočne pridať aj biologická úprava alebo pokročilá oxidácia.Tento typ kombinácie nie je o jednoduchom stohovaní zariadení, ale o umožnení každého stupňa úpravy robiť to, čo vie najlepšie-fyzikálne-chemické čistenie odstraňuje väčšinu oleja, keramické membrány odstraňujú emulgovaný olej a nerozpustné pevné látky, reverzná osmóza odstraňuje rozpustené soli a biologické čistenie rozkladá rozpustené organické látky. Pochopenie tejto „deľby práce“ je nevyhnutné pre míňanie rozpočtu tam, kde je to dôležité pri výbere systému, namiesto toho, aby ste očakávali, že jedna fáza ošetrenia zvládne všetko.

7.1 Kam ide koncentrát? Uzavretá{1}}cyklická likvidácia

Ďalšou často prehliadanou otázkou, ktorá priamo ovplyvňuje realizovateľnosť projektu, je to, kam ide koncentrát. Keramické membrány koncentrujú olej a nerozpustné látky na strane koncentrátu. Koncentrát má vyšší obsah oleja a menší objem, no v konečnom dôsledku ho treba zlikvidovať-to je presne to, kde prichádza na rad „zníženie objemu“.Primeraným spôsobom je zvyčajne najprv ďalej koncentrovať alebo deemulgovať koncentrát a regenerovať a znovu použiť regenerovateľný olej. Zvyšný ťažký olejovitý kal a emulgované zvyšky sa potom posielajú na likvidáciu alebo spálenie v súlade s predpismi ako nebezpečný odpad alebo podľa miestnych požiadaviek.Miesto určenia, spôsob likvidácie a cena koncentrátu by sa mali začleniť do projektu počas fázy výberu, a nie čakať na vybudovanie systému, aby sa zistilo, že koncentrát nie je kam poslať. Pre celý projekt čistenia zaolejovaných odpadových vôd to, čo v konečnom dôsledku rozhoduje o tom, či sa projekt môže realizovať, často nie je samotný výkon membrány, ale to, či je správne uzavretý celý reťazec „voda prichádza, ropa odchádza, voda sa znovu používa a ropa sa likviduje“.

8. Výber aplikácie: Je potrebné zvážiť niekoľko kvalitatívnych signálov

Keď pôjdete o krok hlbšie, keď si skutočne potrebujete vybrať liečebný roztok pre konkrétnu aplikáciu, nestačí sa len pozrieť, či voda „obsahuje olej“. Musíte zvážiť niekoľko kvalitatívnych dimenzií:ako veľmi kolíše kvalita vody, aká vysoká je prevádzková teplota, aké vysoké je zaťaženie olejom a nerozpustenými látkami a aké prísne sú požiadavky na-kvalitu vody po prúde.Nasledujúca tabuľka pomáha zosúladiť kľúčové rozhodovacie faktory a vyhnúť sa investíciám nesprávnym smerom.

9. Aby som bol úprimný: Obmedzenia keramických membrán

Treba úprimne priznať, že keramické membrány majú aj v týchto aplikáciách obmedzenia: vyžadujú vyššiu počiatočnú investíciu, sú pomerne krehké a majú náročnejšie požiadavky na inštaláciu a predúpravu. Keď je obsah oleja extrémne vysoký a olej je prítomný hlavne ako voľný olej, odstránenie „hromadného“ oleja najskôr separáciou oleja a flotáciou rozpusteného vzduchu je často ekonomickejšie ako priame nanesenie membrány. Ak sa stretnete so silnými organickými rozpúšťadlami alebo extrémnymi podmienkami pH, musí sa vopred potvrdiť aj kompatibilita materiálu. Inými slovami, keramické membrány sú „optimálnym riešením pre ťažko--čistenie zaolejovaných odpadových vôd“, nie „optimálnym riešením pre všetky zaolejované odpadové vody“.

10. Záver: Najprv posúďte vodu a potom sa rozhodnite, či použiť membránu

Keď sa aplikačné scenáre a metodika zvažujú spoločne, záver je jasný:pri určovaní, či konkrétna aplikácia má používať keramické membrány, sa neponáhľajte s porovnávaním cien. Namiesto toho sa vráťte k trom krokom, ktoré sa opakovane ukázali ako dôležité,-najprv vykonajte vodnú bilanciu, aby ste pochopili objem vody, odkiaľ pochádza olej a kam ide koncentrát. ďalej klasifikujte kvalitu vody, aby ste určili primárnu formu ropy a požadovaný prah kvality-vody po prúde; nakoniec vypočítajte dobu návratnosti a celkové náklady na vlastníctvo, aby ste zistili, či úspory na výmenu, prestoje a náklady na dodržiavanie predpisov z dlhodobého hľadiska dokážu pokryť počiatočnú investíciu.Po správnom vykonaní týchto troch krokov je prirodzene jasné, kde by sa mali keramické membrány použiť a čo môžu vyriešiť.