Kako radi: principi filtracije i sastav sustava keramičkih membrana za odvajanje ulja i vode

1. Prvo, raspršite intuiciju: nesporazum "Sito".

Mnogi ljudi, kada prvi put vide keramičke membrane za uklanjanje ulja, intuitivno ih pomisle kao "sito"-ulje je veliko, voda je mala, tako da se ulje zadržava, a voda prolazi. Ova analogija nije pogrešna, ali propušta najkritičniju polovicu: u zauljenim otpadnim vodama, ono što je uistinu teško zadržati nisu velike kapljice ulja, već submikronsko emulgirano ulje stabilizirano surfaktantima; ono što stvarno određuje uspjeh ili neuspjeh također nije "jesu li pore dovoljno male", već "hoće li ulje zaprljati membranu i, kad se zaprlja, može li se očistiti." Da jasno objasnim kakokeramičke membrane za odvajanje ulja i vodeposao, mora se započeti s njihovim osnovnim djelovanjem-unakrsnim-filtriranjem protoka.

2. Unakr-filtracija protoka: Nije "slijepa-ulica," već "teče tijekom čišćenja"

Unakr-filtracija potpuno se razlikuje od "-filtracije bez izlaza" koja se koristi kod kuće za filtriranje sojinog mlijeka. Kod slijepe-filtracije, dovodna tekućina se gura ravno na površinu membrane, a i voda i ulje udaraju u istom smjeru; ulje se brzo nakuplja u kolač na površini membrane, a fluks pada poput-litice. U filtraciji s poprečnim-protokom, tekućina za punjenje teče "bočno" duž površine membrane velikom brzinom; voda se pod pritiskom tjera da prođe okomito kroz membranu i postane bistri permeat, dok se kapljice ulja i zagađivači kontinuirano čiste ovom silom smicanja paralelno s površinom membrane i ispuštaju s koncentratom. Drugim riječima, membrana ne "hvata" pasivno onečišćenja; aktivno "tjera zagađivače". Ovo je posebno kritično za zauljenu otpadnu vodu: kada se ulje proširi po površini membrane, vrlo ga je teško ukloniti, a smicanje poprečnog-toka upravo je prva linija obrane protiv širenja ulja. To je i razlog zašto pročišćavanje zauljenih otpadnih voda gotovo uvijek koristi poprečni-tok, a ne slijepu-ulicu.

Slika: Tipični tijek procesa keramičke membrane sustava za odvajanje ulja-vode: zauljena sirova voda ulazi u membranski modul nakon predtretmana; pod smicanjem poprečnog-toka, bistra tekućina prodire kroz membranu i postaje proizvodna voda, dok se koncentrirano ulje i zagađivači ispuštaju sa strane koncentrata, a sustav se može spojiti na nizvodnu reverznu osmozu ili stupanj biološke obrade.

2.1 Polarizacija koncentracije i kritični tok

Cross{0}}filtracija također donosi dva koncepta koja se moraju razumjeti; inače se mnogi fenomeni polja ne mogu objasniti. Prva je koncentracijska polarizacija: voda prolazi kroz membranu, dok se ulje i suspendirane tvari zadržavaju blizu površine membrane; što je bliže površini membrane, veća je koncentracija, stvarajući koncentracijski gradijent. Ovaj gradijent povećava otpor propusnosti i smanjuje tok, ali je sam po sebi reverzibilan; kada poprečni-tok smicanja stanji granični sloj, tok se može oporaviti. Drugi je kritični fluks: postoji prag fluksa ispod kojeg se onečišćenje polako akumulira i sustav ostaje dugoročno stabilan; iznad njega se obraštanje brzo pojačava i čišćenje postaje učestalo. U inženjerstvu je bolje raditi lagano ispod kritičnog protoka nego težiti privremenom visokom protoku. Ova su dva koncepta ključ za razumijevanje "zašto je keramičkim membranama potreban križni-tok" i "zašto se ne može jednostavno nastaviti povećavati pritisak", a također objašnjavaju zašto je pilot-istraživanje posebno važno za sustave zauljenih otpadnih voda.

3. Mikrofiltracija i ultrafiltracija: u kojoj se mjeri zadržava ulje?

Dakle, u kojoj mjeri membrane zapravo zadržavaju ulje? To se svodi na podjelu rada između mikrofiltracije (MF) i ultrafiltracije (UF). MF ima relativno veće pore i uglavnom zadržava suspendirane krutine, velike kapljice ulja i dio raspršenog ulja; UF ima finije pore, koje spadaju točno unutar raspona veličine kapljica emulgiranog ulja, i glavna je snaga za zadržavanje submikronskog emulgiranog ulja. Rasponi mikrofiltracije i ultrafiltracije koji se obično koriste u keramičkim membranama upravo su neprijatelj "najfinijeg dijela ulja" u zauljenim otpadnim vodama. Donja tablica navodi kvalitativne razlike između ta dva kako bi vam pomogla da prvo odredite "u kojem se stupnju ulje zadržava" tijekom odabira.

3.1 Veličina pora nije što manja to bolje

Treba napomenuti da veličina pora nije što manja to bolje. Što je membrana gušća, veća je otpornost na propusnost vode, veća je potrošnja energije i lakše se začepljuje premošćavanjem sitnih onečišćenja. U inženjerstvu, načelo je "samo dovoljno": prvo upotrijebite prethodnu obradu za uklanjanje velikih čestica i slobodnog ulja, zatim neka se keramička ultrafiltracija usredotoči na rješavanje najtežih emulgiranih ulja, umjesto da očekujete da će jedna membrana učiniti sve. Ovo je ujedno i najosnovniji "staging" koncept u dizajnu sustava keramičke membrane za pročišćavanje zauljenih otpadnih voda.

4. Od jedne membrane do cjelovitog sustava

Skaliranje jedne membrane do cjelovitog sustava zapravo nije misteriozno u sastavu, ali svaki dio ima svoje posebnosti. Prvi dio je membranski modul i membranski element. Keramičke membrane uglavnom se pojavljuju kao više-kanalni saćasti cjevasti elementi; tekućina za napajanje teče kroz kanale, a voda prodire kroz stijenku cijevi-ova struktura je otporna na prljanje-i lako se čisti, što je čini posebno pogodnom za prljavu vodu. Drugi dio je dovodna pumpa i poprečna -petlja protoka, koja osigurava dvije stvari: transmembransku razliku tlaka potrebnu za guranje dovodne tekućine kroz membranu i brzinu smicanja potrebnu na površini membrane; ako je brzina smicanja nedovoljna, ulje će se zalijepiti za membranu. Treći dio je skupljanje strane bistre tekućine i strane koncentrata; bistra tekućina ide u ponovnu upotrebu ili u nizvodne procese, a koncentrirana voda se ispušta s uljem. Četvrti dio je jedinica za čišćenje (CIP), koja je tajno oružje koje čini keramičke membrane "izdržljivima u uporabi"-može isprati fluks kiselinom i lužinom prije nego što se nečistoća nakupi do točke koja utječe na rad.

Na razini membranskog modula, oblik keramičkih membrana obično su više{0}}kanalni cjevasti ili saćasti monolitni elementi, a ne ravni listovi ili šuplja vlakna. Prednosti ovog oblika su jasne: velika brzina protoka i snažno smicanje unutar kanala, što ga čini posebno pogodnim za prljavu vodu; nakon što se stijenka cijevi ljušti ili prilijepi ulje, može se očistiti putem interneta mehaničkim spužvastim kuglicama, što organske membrane ne mogu; iako gustoća pakiranja nije tako visoka kao kod šupljih vlakana, ono što se dobiva zauzvrat je otpornost na začepljenja, lakoća čišćenja i dug životni vijek. Prilikom odabira morate odvagnuti fluks, otisak i praktičnost čišćenja, umjesto da gledate samo jednu stavku. Za "prljav posao" kao što je zauljena otpadna voda, cjevaste ili više{4}}kanalne keramičke membrane često su realniji izbor.

Kontrola onečišćenja dnevna je glavna linija cijelog sustava. Tijekom normalnog rada, smicanje poprečnog-toka osigurava "online" sprječavanje onečišćenja; povremeno se permeat koristi za povratno ispiranje kako bi se istisnuli plitki kontaminanti s površine membrane, postižući "kratkoročni-oporavak"; kada povratno ispiranje više ne može suzbiti opadanje protoka, aktivira se kemijsko čišćenje (CIP), korištenjem odgovarajućih koncentracija kiseline, lužine ili oksidansa za otapanje i uklanjanje organskog uljnog taloga, kamenca i mikrobne sluzi. Razlog zašto se keramičke membrane usuđuju koristiti snažno čišćenje je taj što su anorganski materijali robusni; kada bi se organske membrane čistile tako agresivno, često bi se oštetile pri svakom čišćenju. Iz tog razloga, ireverzibilno onečišćenje se sporo nakuplja u keramičkim membranama, krivulja opadanja protoka je blaga, a-dugoročna operativna "predvidljivost" daleko je bolja nego kod organskih membrana-to je od ogromne vrijednosti za proizvodne linije koje zahtijevaju stabilnu usklađenost.

4.1 Strategija čišćenja: CIP nije "ispiranje kad je prljavo"

Konkretno što se tiče strategije čišćenja, CIP nije tako ležeran kao "isperite kad je prljavo". Alkalno čišćenje usmjereno je na onečišćenje organskim uljem i biološku sluz, kiselo čišćenje usmjereno je na anorganske kamence, a oksidansi se koriste za ubijanje mikroorganizama i razgradnju nekih organskih tvari; redoslijed, koncentracija, temperatura, vrijeme i brzina protoka cirkulacije utječu na učinkovitost oporavka i također utječu na vijek trajanja membrane. Razuman pristup je uspostaviti povezane zapise o "fluksu-razlici tlaka-čišćenju": rutinski pratiti trendove normaliziranog protoka i transmembranske razlike tlaka; kada pad dosegne unaprijed postavljenu relativnu vrijednost, raspored čišćenja; i nakon čišćenja, zabilježite stopu oporavka, optimizirajući tako učestalost i kemikalije. Okretanje čišćenja s "po osjećaju" na "po podacima" ključ je za održavanje keramičkih membrana dugoročno upotrebljivima.

5. Klasifikacija obraštanja i odgovarajući "recepti"

Što se tiče čišćenja, ne može se izbjeći koliko vrsta onečišćenja postoji, jer različita onečišćenja zahtijevaju različite "recepte". Prema izvoru, mogu se grubo podijeliti u tri vrste: organsko onečišćenje, uglavnom uljni filmovi, proteini i mikrobni metaboliti, koji se obično uklanjaju alkalnim čišćenjem u kombinaciji s površinski aktivnim tvarima; anorganske naslage, od kalcija, magnezija, silicija itd. u vodi, otopljene čišćenjem kiselinom; i biološka sluz, nastala mikrobnom proliferacijom, kontrolirana oksidansima ili biocidima. U stvarnom radu, to troje često koegzistira i isprepliće se, tako da je plan čišćenja često stvar kombinacije i slijeda "alkalijskog-kiselog-oksidansa," a ne jedne kemikalije. Za zauljene otpadne vode, organsko onečišćenje je glavni krivac, a alkalno čišćenje je temelj; ali ako je ulazna tvrdoća visoka, čišćenje kiselinom je također neophodno. Samo jasnom procjenom vrste onečišćenja i zatim raspravom o čišćenju može se temeljito očistiti i izbjeći oštećenje membrane-upravo u tome leži vrijednost kemijske otpornosti keramičkih membranskih materijala, a to je također područje koje najviše treba podršku podataka s terena pri projektiranju sustava za čišćenje.

Slika: Usporedba kvalitativne ocjene između keramičkih membrana i polimernih organskih membrana u ključnim dimenzijama kao što su otpornost na onečišćenje, otpornost na temperaturu, otpornost na kemijsko čišćenje, životni vijek i oporavak fluksa (relativna ilustracija, ne specifične vrijednosti).

6. Njegov položaj u cijeloj proizvodnoj liniji: čuvar predtretmana

Gledajući membranski sustav unutar cijele proizvodne linije, njegov položaj obično je položaj "čuvara predtretmana". Uzvodno su predtretmani kao što su odvajanje ulja, flotacija zraka i spremnici za izjednačavanje, odgovorni za prvo uklanjanje većine slobodne nafte i teških suspendiranih krutina, štiteći keramičku membranu od oštećenja velikim česticama i od trenutnog zaslijepljivanja prekomjernom uljem; nizvodno su napredni tretmani za ponovnu upotrebu-reverzna osmoza se bavi desalinizacijom, ionska izmjena bavi se omekšavanjem ili uklanjanjem specifičnih iona, a biološki stupanj se bavi degradacijom otopljene organske tvari. Tek kada keramičke membrane uklone ulje na dovoljno nisku razinu, ovi nizvodni dijelovi mogu mirno raditi: RO membrane neće biti začepljene uljem, smole neće biti zatrovane uljem, a biološki spremnici neće imati prozračivanje zatvoreno uljnim filmovima. Može se reći da ako se ova keramička membranska barijera održi, stabilnost cijelog nizvodnog lanca ponovne uporabe također ima koristi.

Tablica u nastavku sažima ključne jedinice, funkcije i nedostatke dizajna sustava za odvajanje ulja-vode od keramičke membrane, olakšavajući-provjere konfiguracije na licu mjesta.

U ovom trenutku, radna logikakeramičke membrane za odvajanje ulja i vodepostaje jasno: to nije izolirani "filtar", već minijaturni inženjerski sustav "sprečavanja onečišćenja-protoka + postupno zadržavanje + čišćenje koje se može obnoviti + koordinacija uzvodno/nizvodno." Razumijevanje ovoga važnije je od pamćenja bilo kojeg pojedinačnog parametra-jer kada se problemi pojave na terenu, devet od deset puta oni proizlaze iz "koordinacije sustava", a ne iz "same membrane."

7. Operativna metodologija: prvo bilanca vode

Na operativnoj razini i dalje vrijedi opetovano provjerena metodologija: prvo napraviti vodnu bilancu kako bi se razjasnili volumeni vode i odredište koncentrata; zatim klasificirajte kvalitetu vode kako biste odredili koji oblik nafte prevladava i koji prag kvalitete vode zahtijeva nizvodno; konačno izračunajte razdoblje povrata i ukupne troškove vlasništva kako biste odlučili o veličini sustava i strategiji čišćenja. Samo čvrstim provođenjem ova tri koraka mehanizam keramičkih membrana "kako to radi" može se doista pretvoriti u stabilnu čistu vodu i nadoknadivo ulje na vašoj proizvodnoj liniji.