Kur to lieto un ko tas risina: tipiski keramikas membrānu rūpnieciskie pielietojumi eļļas ūdens atdalīšanai

1. Tehnoloģija ir jāpiemēro īpašiem ūdens apstākļiem

Iepriekšējie divi raksti padziļināti izskaidroja "kāpēc izvēlēties keramikas membrānas" un "kā tās darbojas", taču pat vislabākajai tehnoloģijai ir vērtība tikai tad, ja to izmanto konkrētiem ūdens apstākļiem.Keramikas membrānas eļļas ūdens atdalīšanainav izārstējams{0}}risinājums. To vispiemērotākie pielietojumi ir eļļainas notekūdeņu plūsmas, kurām raksturīgi "smalki eļļas pilieni, stipri piesārņots ūdens un skarbi ekspluatācijas apstākļi". Turpretim lietojumiem ar zemu eļļas saturu, viegliem ūdens apstākļiem un ierobežotām svārstībām lētākas-organiskās membrānas vai parastās fizikālās-ķīmiskās apstrādes metodes var būt ekonomiskākas. Šajā rakstā ir apskatīti vairāki tipiski industriālie scenāriji, lai pārbaudītu, ko keramikas membrānas faktiski atrisina un kad to pielietojums ir jāpārskata.

2. 1. scenārijs: naftas atradnē iegūtais ūdens un atkārtota ievadīšana

Sāksim arnaftas atradnē ražots ūdens. Šī ir viena no klasiskākajām keramikas membrānu pielietojuma jomām. Veidošanās ūdens tiek izvadīts uz virsmas naftas ieguves laikā, pārvadājot jēlnaftu, veidošanās smiltis, zvīņojošus jonus un lielu daudzumu emulģētas eļļas. Tas bieži arī saglabā veidošanās temperatūru-liela daļa saražotā ūdens, sasniedzot virsmu, ir silts, un dažas straumes var būt pat salīdzinoši karstas. Situāciju sarežģītāku padara tās "divējā misija": ūdens var arī to darītatkārtoti ievada veidojumā, lai uzturētu spiedienu, kas nosaka prasības attiecībā uz suspendēto vielu un eļļas saturu, vaiapstrādāti atkārtotai izmantošanai vai atbilstošai izlādei, kas izvirza vēl augstākas prasības ūdens kvalitātes stabilitātei. Parastā gravitācijas atdalīšana un izšķīdušā gaisa flotācija bieži vien var cīnīties, ja emulģēta eļļa un liela smilšu slodze notiek kopā. Keramikas membrānas ir labi piemērotas šiem apstākļiem to hidrofilo un oleofobisko īpašību dēļ, kā arī to izturības pret temperatūru un nodilumu dēļ. Šķērsplūsmas filtrēšana nepārtraukti slauka smiltis un eļļu, savukārt ultrafiltrācija saglabā emulģētu eļļu, radot stabilu un tīrāku permeātu, kas palīdz novērst veidojumu aizsērēšanu atkārtotas injicēšanas laikā un aizsargā pakārtotos procesus atkārtotas lietošanas laikā. Inženieru pieredzēTaihe Environmental Protection ar keramisko membrānu sistēmām eļļainiem notekūdeņiem, ar naftas laukiem saistītiem lietojumiem{0}}nozīmīgu daļu veido,tieši tāpēc, ka to nepieciešamība pēc "netīras, bet stabilas" darbības cieši sakrīt ar keramikas membrānu stiprajām pusēm.

2.1. Kvalitatīvas prasības atkārtotas iesmidzināšanas ūdens kvalitātei

Attiecībā uz atkārtotu iesmidzināšanu ir vērts piebilst par kvalitatīvajām prasībām, jo ​​tās ir svarīgs pamats membrānas izvēlei naftas atradņu lietojumos. Ja suspendēto cietvielu un eļļas saturs atkārtotas iesmidzināšanas ūdenī ir pārāk augsts, tās var aizsprostot poras un pēc injekcijas sabojāt rezervuāru, kā rezultātā palielinās iesmidzināšanas spiediens un samazinās eļļas atgūšanas efektivitāte. Tāpēc ūdens atkārtota ievadīšana parasti koncentrējas uz trim aspektiem:suspendēto cieto vielu koncentrācija un daļiņu{0}}izplatība pēc izmēra, eļļas saturs un saderība ar veidošanās ūdeni,tostarp, vai var rasties zvīņošanās vai mālu pietūkums. Keramikas membrānu vērtība slēpjas to spējā vienlaikus samazināt suspendēto vielu un emulģēto eļļu līdz stabilam un salīdzinoši zemam līmenim, vienlaikus saglabājot zemas permeāta kvalitātes svārstības. Naftas atradnēm, kurās nepieciešama ilgstoša- stabila iesūknēšana, tas ir nozīmīgāk nekā īslaicīgi sasniegt zemu vērtību. Kas attiecas uz konkrētiem ierobežojumiem, tie ievērojami atšķiras atkarībā no naftas atradnēm un rezervuāriem, un tie ir jānosaka atbilstoši vietai-specifiskiem standartiem, nevis piemērojot vienu universālu vērtību.

3. 2. scenārijs: naftas pārstrādes rūpnīcas un naftas ķīmijas naftas notekūdeņi

Nākamais irnaftas pārstrādes rūpnīcu un naftas ķīmijas rūpnīcu notekūdeņi. Šis ūdens veids ir sarežģītāks nekā naftas atradņu ūdens. Papildus eļļai tā var saturēt fenolus, sulfīdus, suspendētās katalizatora daļiņas un dažādus citus piesārņotājus. Ūdens kvalitāte var ievērojami svārstīties procesa-vienības maiņas laikā, un temperatūra var būt arī salīdzinoši augsta. Šeit keramisko membrānu vērtība ir nevis visu piesārņotāju "uzņemšana" vienatnē, bet gan stabila "naftas un suspendēto daļiņu noņemšanas barjera": vispirms tiek noņemta eļļa un daļiņas, kurām ir vislielākā ietekme uz pakārtotajiem procesiem, lai turpmākā bioloģiskā vai uzlabotā attīrīšana varētu darboties stabilāk. To izturība pret ķīmisko tīrīšanu šeit ir īpaši noderīga, jo rafinēšanas notekūdeņi ir stipri piesārņoti, un tiem var būt nepieciešama bieža tīrīšana. Organiskās membrānas var tikt bojātas pēc atkārtotas tīrīšanas, savukārt keramikas membrānas var izturēt atkārtotus tīrīšanas ciklus. Protams, rafinēšanas notekūdeņiem ir sarežģīts sastāvs, tāpēc keramiskās membrānas parasti ir kombinētā attīrīšanas procesa "centrālā sastāvdaļa", nevis "vienīgā" attīrīšanas tehnoloģija. Šī atšķirība ir jāatzīst reālistiski.

(Attēls: četri tipiski naftas notekūdeņu scenāriji: naftas ieguves ūdens, naftas pārstrādes rūpnīcu un naftas ķīmijas notekūdeņi, metālapstrādes griešanas-šķidrumi notekūdeņi un pārtikas-apstrādes un kautuvju notekūdeņi, kas ilustrē attiecīgās naftas formas un galvenās problēmas.)

4. 3. scenārijs: metālapstrāde un griešana-šķidrumi notekūdeņi

Trešā kategorija ir notekūdeņi no apstrādes un metāla griešanas šķidrumi.Pēc tam, kad emulsijas un griešanas šķidrumi apstrādes darbnīcās ir lietoti ilgāku laiku, tie var pārvērsties par "melno buljonu", kas satur gan minerāleļļu, gan lielu daudzumu virsmaktīvo vielu un procesa{0}}šķidruma piedevu, ar īpaši stabilu emulgāciju un augstu ĶSP. Šāda veida notekūdeņu apjoms var nebūt liels, taču to attīrīšanas grūtības nebūt nav zemas. Parastā koagulācija un izšķīdušā gaisa flotācija bieži nespēj panākt pilnīgu demulsifikāciju, atstājot eļļas atlikumus apstrādātajā ūdenī. Keramikas ultrafiltrācijas priekšrocība ir tā, ka tā ir īpaši efektīva "emulsiju apstrādei": tā saglabā stabilus eļļas pilienus, savukārt permeātu pēc tam var iztvaicēt, bioloģiski apstrādāt vai pēc-demulsifikācijas. Apstrādes uzņēmumiem tas var nozīmēt griešanas -šķidruma kalpošanas laika pagarināšanu, bīstamo atkritumu rašanās samazināšanu un atkārtotas izmantošanas iespēju palielināšanu. Ņemot vērā arvien stingrākos vides regulējumus, tā vērtība ir ne tikai apstrādes veiktspēja, bet arī atbilstība normatīvajiem aktiem.

5. 4. scenārijs. Pārtikas pārstrādes un kautuvju notekūdeņi, kas satur dzīvnieku un augu eļļas

Ceturtā kategorija ir notekūdeņi, kas satur dzīvnieku un augu eļļas no pārtikas pārstrādes, kautuvēm un līdzīgām nozarēm.Eļļa šāda veida notekūdeņos galvenokārt ir dzīvnieku un augu tauki un eļļas. Temperatūra bieži ir salīdzinoši augsta, īpaši karstos-apstrādes notekūdeņos, un ūdenī ir arī suspendētās cietās vielas, olbaltumvielas un organiskās vielas. Atšķirībā no minerāleļļām dzīvnieku un augu eļļām ir lielāka iespēja sacietēt zemā temperatūrā un pieķerties membrānas virsmai, tādējādi palielinot tīrīšanas prasības. Šeit īpaši noderīga ir keramikas membrānu augstā -temperatūras izturība un spēcīgā tīrīšanas spēja: silts ūdens vai sārmaina tīrīšana var izkausēt sacietējušo eļļu un noņemt pielipušās organiskās vielas, nodrošinot labu plūsmas atjaunošanos. Keramikas membrānas bieži izmanto kā smalku-filtrācijas barjeru pēc eļļas atdalīšanas unizšķīdušā gaisa flotācija, vēl vairāk samazinot emulģētās eļļas atlikumu un ļaujot permeātam iekļūt bioloģiskajā attīrīšanā vai konsekventāk izpildīt izplūdes prasības.

6. Citas lietojumprogrammas, kurām ir vērts pievērst uzmanību

Papildus iepriekš minētajām četrām galvenajām pielietojuma jomām ir vērts pievērst uzmanību arī vairākiem citiem scenārijiem.Aukstā velmēšanā un metālapstrādē, emulsijas notekūdeņi satur eļļas, dzelzs pulvera un virsmaktīvo vielu maisījumu, kas apgrūtina demulsifikāciju un augstu dzelzs koncentrāciju. Lai gankoksēšanas notekūdeņiTo galvenokārt raksturo fenoli un amonjaks, tas var saturēt arī darvai līdzīgas eļļas frakcijas, kas nosaka stingras prasības membrānas izturībai pret piesārņojumu un ķīmisko izturību.Kuģu sateces ūdensir tipiska "maza{0}}apjoma, augsta-naftas-satura, ļoti mainīga" notekūdeņu straume. To bieži apstrādā uz mobilajām platformām, īpašu uzsvaru liekot uz sistēmas kompaktumu un izturību pret hidrauliskiem un slodzes triecieniem. Šo lietojumu kopīgās īpašības ir smalki eļļas pilieni, sarežģīta ūdens kvalitāte un nenoteikti darbības apstākļi, kas ietilpst keramikas membrānu komforta zonā. Tomēr jāuzsver arī tas, ka pirms keramikas membrānu ieviešanas jebkurā jaunā lietojumā vispirms ir jāveic ūdens kvalitātes analīze un izmēģinājuma testēšana, lai apstiprinātu materiālu un ķīmisko saderību un pārbaudītu tīrīšanas stratēģijas iespējamību pirms mēroga palielināšanas. Keramikas membrānas nav universāla sastāvdaļa “plug{8}}and-play”.

Kad šīs lietojumprogrammas ir izvietotas blakus, kļūst skaidrs, ka, lai gan tās šķiet atšķirīgas, to pamatā esošās problēmas ir ļoti konsekventas,{0}}visos tās apvieno "smalka eļļa + netīrs ūdens + svārstības". Nākamajā tabulā sniegts kvalitatīvs šo izplatīto izaicinājumu un keramikas membrānu pielietojuma loģikas salīdzinājums.

7. Keramikas membrānas reti strādā atsevišķi: kombinēti apstrādes procesi

Jāuzsver vēl viens punkts: keramikas membrānas reti darbojas atsevišķi.Lietojumiem ar augstu -eļļas- saturu parasti izmanto "eļļas atdalīšana/DAF + keramiskā membrāna". Ja nepieciešama uzlabota ūdens atkārtota izmantošana, bieži tiek izmantota "keramikas membrāna + reversā osmoze". Lietojumos ar augstu izšķīdušo organisko vielu līmeni var pievienot arī bioloģisko apstrādi vai progresīvu oksidēšanu.Šāda veida kombinācija nav saistīta tikai ar iekārtu sakraušanu, bet gan par to, ka katram apstrādes posmam ir jāļauj darīt to, kas tam padodas vislabāk, -fiziskā-ķīmiskā apstrāde noņem lielāko daļu eļļas, keramikas membrānas noņem emulģēto eļļu un suspendētās cietās vielas, reversā osmoze noņem izšķīdušos sāļus, un bioloģiskā apstrāde noārda izšķīdušās organiskās vielas. Izpratne par šo "darba dalīšanu" ir būtiska, lai sistēmas atlases laikā tērētu budžetu tur, kur tas ir svarīgi, nevis gaidīt, ka viss tiks galā ar vienu ārstēšanas posmu.

7.1 Kur nonāk koncentrāts? Slēgtā-cikla likvidēšana

Vēl viens bieži aizmirsts jautājums, kas tieši ietekmē projekta iespējamību, ir tas, kur nonāk koncentrāts. Keramikas membrānas koncentrē eļļu un suspendētās cietās vielas koncentrāta pusē. Koncentrātam ir augstāks eļļas saturs un mazāks tilpums, taču tas tomēr galu galā ir jāiznīcina-tieši šeit tiek izmantota "tilpuma samazināšanas" vērtība.Saprātīgs veids parasti ir koncentrāta tālāka koncentrēšana vai demulsēšana vispirms un reģenerējamās eļļas reģenerācija un atkārtota izmantošana. Atlikušās smagās eļļainās dūņas un emulģētie atlikumi pēc tam tiek nosūtīti atbilstoši apglabāšanai vai sadedzināšanai kā bīstamie atkritumi vai saskaņā ar vietējām prasībām.Koncentrāta galamērķis, iznīcināšanas metode un izmaksas ir jāiekļauj projektā atlases posmā, nevis jāgaida, līdz sistēma ir izveidota, lai atklātu, ka koncentrātu nav kur nosūtīt. Visam naftu saturošu notekūdeņu attīrīšanas projektam tas, kas galu galā nosaka, vai projektu var īstenot, bieži vien nav pati membrānas veiktspēja, bet gan tas, vai visa ķēde "ūdens ieplūst, eļļa iziet, ūdens tiek izmantots atkārtoti un eļļa tiek likvidēta" ir pareizi noslēgta.

8. Lietojumprogrammas izvēle: vairāki kvalitatīvi signāli, kas jāņem vērā

Ejot vienu soli dziļāk, kad jums patiešām ir jāizvēlas ārstēšanas risinājums konkrētam lietojumam, nepietiek tikai ar pārbaudi, vai ūdens "satur eļļu". Jums jāņem vērā vairākas kvalitatīvas dimensijas:cik ļoti svārstās ūdens kvalitāte, cik augsta ir darba temperatūra, cik liela ir eļļas un suspendēto vielu slodze un cik stingras ir pakārtotās ūdens{0}kvalitātes prasības.Šī tabula palīdz saskaņot galvenos lēmumu pieņemšanas faktorus un izvairīties no ieguldījumiem nepareizā virzienā.

9. Godīgi sakot: keramikas membrānu ierobežojumi

Godīgi jāatzīst, ka keramikas membrānām ir arī ierobežojumi šajos lietojumos: tām ir nepieciešams lielāks sākotnējais ieguldījums, tās ir salīdzinoši trauslas un tām ir augstākas uzstādīšanas un pirmapstrādes prasības. Ja eļļas saturs ir ārkārtīgi augsts un eļļa galvenokārt ir brīvas eļļas veidā, "beztaras" eļļas noņemšana vispirms ar eļļas atdalīšanu un izšķīdušā gaisa flotāciju bieži vien ir ekonomiskāka nekā tieši uzklāt membrānu. Ja saskaras ar spēcīgiem organiskiem šķīdinātājiem vai ekstremāliem pH apstākļiem, materiālu saderība ir jāapstiprina arī iepriekš. Citiem vārdiem sakot, keramikas membrānas ir "optimāls risinājums grūti-{-attīrāmiem eļļainiem notekūdeņiem", nevis "optimāls risinājums visiem eļļainiem notekūdeņiem".

10. Secinājums: vispirms novērtējiet ūdeni, pēc tam izlemiet, vai izmantot membrānu

Apsverot pielietojuma scenārijus un metodoloģiju kopā, kļūst skaidrs secinājums:Nosakot, vai konkrētam lietojumam vajadzētu izmantot keramikas membrānas, nesteidzieties salīdzināt cenas. Tā vietā atgriezieties pie trim soļiem, kas vairākkārt ir izrādījušies svarīgi,-vispirms veiciet ūdens bilanci, lai saprastu ūdens daudzumu, no kurienes nāk eļļa un kur nonāk koncentrāts; pēc tam klasificējiet ūdens kvalitāti, lai noteiktu naftas primāro formu un lejteces ūdens kvalitātes slieksni; visbeidzot, aprēķiniet atmaksāšanās periodu un kopējās īpašumtiesību izmaksas, lai noteiktu, vai nomaiņas, dīkstāves un atbilstības izmaksu ietaupījumi ilgtermiņā var segt sākotnējos ieguldījumus.Kad šīs trīs darbības ir veiktas pareizi, dabiski kļūst skaidrs, kur izmantot keramikas membrānas un ko tās var atrisināt.