Gdje se koristi i što rješava: Tipične industrijske primjene keramičkih membrana za odvajanje ulja i vode

1. Tehnologija se mora primijeniti na specifične vodene uvjete

Prethodna dva članka detaljno su objasnila "zašto odabrati keramičke membrane" i "kako rade", ali čak i najbolja tehnologija ima vrijednost samo kada se primjenjuje na specifične vodene uvjete.Keramičke membrane za odvajanje ulja i vodenisu lijek{0}}za sve. Njihova najprikladnija primjena su zauljene otpadne vode koje karakteriziraju "fine kapljice ulja, jako onečišćena voda i teški radni uvjeti". Nasuprot tome, za primjene s niskim sadržajem ulja, blagim uvjetima vode i ograničenim fluktuacijama, jeftinije-organske membrane ili konvencionalne fizikalno-kemijske metode obrade mogu biti ekonomičnije. Ovaj članak prolazi kroz nekoliko tipičnih industrijskih scenarija kako bi ispitao što zapravo rješavaju keramičke membrane i kada bi njihovu primjenu trebalo ponovno razmotriti.

2. Scenarij 1: Voda proizvedena iz naftnih polja i ponovno ubrizgavanje

Počnimo svoda proizvedena u naftnim poljima. Ovo je jedno od najklasičnijih područja primjene keramičkih membrana. Voda iz formacije izlazi na površinu tijekom proizvodnje nafte, noseći sirovu naftu, slojni pijesak, ione koji se stvaraju kamenac i velike količine emulgirane nafte. Često također zadržava temperaturu formiranja-veći dio proizvedene vode je topao kada dođe do površine, a neki potoci mogu biti čak i relativno vrući. Ono što situaciju čini izazovnijom je njezina "dvostruka misija": voda može iliponovno ubrizgati u formaciju radi održavanja pritiska, koji postavlja zahtjeve za sadržaj suspendiranih krutih tvari i ulja, ilitretirati za ponovnu uporabu ili sukladno zahtjevima, što postavlja još veće zahtjeve za stabilnost kvalitete vode. Konvencionalno gravitacijsko odvajanje i flotacija otopljenog zraka često mogu imati poteškoća kada se emulgirana nafta i veliko opterećenje pijeskom pojavljuju zajedno. Keramičke membrane dobro su prilagođene ovim uvjetima zbog svojih hidrofilnih i oleofobnih karakteristika, kao i otpornosti na temperaturu i abraziju. Filtracija s poprečnim-protokom kontinuirano uklanja pijesak i ulje, dok ultrafiltracija zadržava emulgirano ulje, proizvodeći stabilan i čišći permeat koji pomaže u sprječavanju začepljenja formacije tijekom ponovnog ubrizgavanja i štiti nizvodne procese tijekom ponovne upotrebe. U inženjerskom iskustvuTaihe zaštita okoliša sa sustavima keramičkih membrana za zauljenu otpadnu vodu, aplikacije vezane-za naftna polja čine značajan udio,upravo zato što njihova potreba za "prljavim ali stabilnim" radom blisko odgovara snazi ​​keramičkih membrana.

2.1 Kvalitativni zahtjevi za kvalitetu vode za ponovno injektiranje

Što se tiče ponovnog ubrizgavanja, vrijedi dodati točku o kvalitativnim zahtjevima jer su oni važna osnova za odabir membrane u primjenama na naftnim poljima. Ako su suspendirane krute tvari i sadržaj nafte u vodi za ponovno utiskivanje previsoki, mogu začepiti grla pora i oštetiti ležište nakon utiskivanja, što rezultira povećanim tlakom utiskivanja i smanjenom učinkovitošću iskorištenja nafte. Stoga se reinjektiranje vode općenito fokusira na tri aspekta:koncentracija suspendiranih krutih tvari i raspodjela-veličine čestica, sadržaj ulja i kompatibilnost s formacijskom vodom,uključujući može li doći do stvaranja kamenca ili bubrenja gline. Vrijednost keramičkih membrana leži u njihovoj sposobnosti da istovremeno reduciraju suspendirane krute tvari i emulgirano ulje na stabilne i relativno niske razine, dok održavaju male fluktuacije u kvaliteti permeata. Za naftna polja koja zahtijevaju -dugoročno stabilno utiskivanje, ovo je značajnije od postizanja niske vrijednosti samo privremeno. Što se tiče specifičnih ograničenja, ona se značajno razlikuju između naftnih polja i ležišta i moraju se odrediti prema-standardima specifičnim za lokaciju, a ne primjenom jedne univerzalne vrijednosti.

3. Scenarij 2: Rafinerijske i petrokemijske zauljene otpadne vode

Sljedeće jezauljene otpadne vode iz rafinerija i petrokemijskih postrojenja. Ova vrsta vode je složenija od vode iz naftnih polja. Osim ulja, može sadržavati fenole, sulfide, suspendirane čestice katalizatora i razne druge kontaminante. Kvaliteta vode može značajno varirati tijekom-promjene procesnih jedinica, a temperature također mogu biti relativno visoke. Ovdje vrijednost keramičkih membrana ne leži u samom "preuzimanju" svih kontaminanata, već u tome što služe kao stabilna "barijera za uklanjanje ulja i suspendiranih krutih tvari": prvo uklanja ulje i čestice koje imaju najveći utjecaj na nizvodne procese, tako da kasnija biološka ili napredna obrada može djelovati stabilnije. Njihova otpornost na kemijsko čišćenje ovdje je posebno korisna jer je rafinerijska otpadna voda jako onečišćena i može zahtijevati često čišćenje. Organske membrane mogu se oštetiti nakon ponovljenog čišćenja, dok keramičke membrane mogu izdržati ponovljene cikluse čišćenja. Naravno, otpadne vode iz rafinerija imaju složen sastav, tako da su keramičke membrane obično "središnja komponenta" kombiniranog procesa pročišćavanja, a ne "jedina" tehnologija pročišćavanja. Ova se razlika mora realno prepoznati.

(Slika: Četiri tipična scenarija zauljene otpadne vode: voda proizvedena naftnim poljima, rafinerija i petrokemijska otpadna voda, otpadna voda obrade metala-tekućina i otpadna voda-prerade hrane i klaonice, ilustrirajući odgovarajuće oblike nafte i glavne izazove.)

4. Scenarij 3: Obrada metala i rezanje-Tekuća otpadna voda

Treća kategorija su otpadne vode od strojne obrade i tekućine za rezanje metala.Nakon što su se emulzije i tekućine za rezanje u radionicama za strojnu obradu koristile dulje vrijeme, mogu se pretvoriti u "crnu juhu" koja sadrži i mineralno ulje i velike količine surfaktanata i aditiva za-tekućine za procese, s izuzetno stabilnom emulgacijom i visokim COD-om. Volumen ove vrste otpadne vode ne mora nužno biti velik, ali zahtjevnost njenog pročišćavanja nipošto nije mala. Konvencionalna koagulacija i flotacija otopljenog zraka često ne uspijevaju postići potpunu demulzifikaciju, ostavljajući zaostalo ulje u tretiranoj vodi. Prednost keramičke ultrafiltracije ovdje je u tome što je posebno učinkovita za "tretiranje emulzija": zadržava stabilne kapljice ulja, dok permeat zatim može ići na isparavanje, biološku obradu ili post-deemulzificirajuću obradu. Za tvrtke koje se bave strojnom obradom to može značiti produženje vijeka trajanja-tekućine za rezanje, smanjenje stvaranja opasnog otpada i povećanje potencijala za ponovnu upotrebu. U kontekstu sve strožih ekoloških propisa, njegova vrijednost ne leži samo u učinkovitosti tretmana, već iu usklađenosti s propisima.

5. Scenarij 4: Otpadne vode iz prerade hrane i klaonica koje sadrže životinjska i biljna ulja

Četvrta kategorija su otpadne vode koje sadrže životinjska i biljna ulja iz prerade hrane, klaonica i sličnih industrija.Ulje u ovoj vrsti otpadnih voda uglavnom su životinjske i biljne masti i ulja. Temperatura je često relativno visoka, posebno u vrućoj-otpadnoj vodi od obrade, a voda također sadrži suspendirane krutine, proteine ​​i organske tvari. Za razliku od mineralnih ulja, veća je vjerojatnost da će se životinjska i biljna ulja skrutiti na niskim temperaturama i prianjati na površinu membrane, što rezultira višim zahtjevima za čišćenje. Otpornost na visoke -temperature i snažna sposobnost čišćenja keramičkih membrana ovdje su posebno korisni: toplom vodom ili alkalnim čišćenjem može se otopiti skrutnuto ulje i ukloniti zalijepljene organske tvari, omogućujući dobar oporavak fluksa. Keramičke membrane često se koriste kao fina-filtracijska barijera nakon odvajanja ulja iflotacija otopljenog zraka, dodatno smanjujući zaostalo emulgirano ulje i dopuštajući permeatu da uđe u biološki tretman ili dosljednije ispuni zahtjeve za ispuštanje.

6. Ostale aplikacije vrijedne pažnje

Uz gore navedena četiri glavna područja primjene, nekoliko drugih scenarija također je vrijedno pažnje.U hladnom valjanju i obradi metalaemulzijska otpadna voda sadrži mješavinu ulja, željeznog praha i površinski aktivnih tvari, što otežava deemulzifikaciju i povećava koncentraciju željeza. Iakootpadne vode od koksiranjauglavnom karakteriziran fenolima i amonijakom, također može sadržavati katranske-uljne frakcije, postavljajući stroge zahtjeve za otpornost membrane na onečišćenje i otpornost na kemikalije.Brodska kaljužna vodaje tipičan "mali{0}}volumen, visok-sadržaj-ulja, vrlo fluktuirajući" tok otpadne vode. Često se obrađuje na mobilnim platformama, s posebnim naglaskom na kompaktnost sustava i otpornost na hidrauličke udare i udare opterećenja. Zajedničke karakteristike ovih primjena su fine kapljice ulja, složena kvaliteta vode i neizvjesni radni uvjeti, koji slučajno spadaju u zonu udobnosti keramičkih membrana. Međutim, također treba naglasiti da prije uvođenja keramičkih membrana u bilo koju novu primjenu prvo treba izvršiti analizu kvalitete vode i pilot testiranje kako bi se potvrdila kompatibilnost materijala i kemikalija te provjerila izvedivost strategije čišćenja prije -povećanja. Keramičke membrane nisu univerzalna komponenta tipa "plug{8}}and-play".

Kada se ove aplikacije postave jedna pored druge, postaje jasno da iako se čine različitima, njihovi temeljni izazovi su vrlo dosljedni-sve one kombiniraju "fino ulje + prljavu vodu + fluktuacije." Sljedeća tablica daje kvalitativnu usporedbu ovih uobičajenih izazova i logiku primjene keramičkih membrana.

7. Keramičke membrane rijetko rade same: kombinirani procesi obrade

Treba naglasiti još jednu stvar: keramičke membrane rijetko rade same.Za primjene s-uljem-uobičajeno se koristi "odvajanje ulja/DAF + keramička membrana". Kada je potrebna napredna ponovna uporaba vode, često se primjenjuje "keramička membrana + reverzna osmoza". U primjenama s visokim razinama otopljene organske tvari, biološka obrada ili napredna oksidacija također se mogu dodati nizvodno.Kod ove vrste kombinacije ne radi se o jednostavnom slaganju opreme, već o omogućavanju svakoj fazi obrade da radi ono što najbolje radi-fizička-kemijska obrada uklanja većinu ulja, keramičke membrane uklanjaju emulgirano ulje i suspendirane krutine, reverzna osmoza uklanja otopljene soli, a biološka obrada razgrađuje otopljenu organsku tvar. Razumijevanje ove "podjele rada" bitno je za trošenje proračuna tamo gdje je to važno tijekom odabira sustava, umjesto da se očekuje da će jedna faza obrade obraditi sve.

7.1 Gdje ide koncentrat? Zbrinjavanje zatvorene-petlje

Drugo često zanemareno pitanje koje izravno utječe na izvedivost projekta je kamo ide koncentrat. Keramičke membrane koncentriraju ulje i suspendirane krutine na strani koncentrata. Koncentrat ima veći udio ulja i manji volumen, ali ga ipak na kraju treba zbrinuti-upravo tu dolazi do vrijednosti "smanjenje volumena".Razuman način je obično prvo dodatno koncentrirati ili deemulgirati koncentrat i ponovno upotrijebiti nadoknađeno ulje. Preostali teški zauljeni mulj i emulgirani ostaci se zatim šalju na sukladno propisima odlaganje ili spaljivanje kao opasni otpad ili u skladu s lokalnim zahtjevima.Odredište, način odlaganja i trošak koncentrata trebali bi biti uključeni u projekt tijekom faze odabira, umjesto da se čeka dok se sustav ne izgradi da bi se otkrilo da nema kamo poslati koncentrat. Za cijeli projekt pročišćavanja zauljenih otpadnih voda, ono što u konačnici određuje hoće li se projekt moći implementirati često nije sama izvedba membrane, već je li kompletan lanac "voda ulazi, ulje izlazi, voda se ponovno koristi, a ulje se odlaže" ispravno zatvoren.

8. Odabir primjene: nekoliko kvalitativnih signala koje treba razmotriti

Idemo li korak dublje, kada zapravo trebate odabrati otopinu za tretman za određenu primjenu, nije dovoljno samo pogledati da li voda "sadrži ulje". Morate uzeti u obzir nekoliko kvalitativnih dimenzija:koliko kvaliteta vode varira, koliko je visoka radna temperatura, koliko je veliko opterećenje uljem i suspendiranim krutim tvarima i koliko su strogi zahtjevi za-kvalitetom nizvodne vode.Sljedeća tablica pomaže uskladiti ključne čimbenike odluke i izbjeći ulaganje u pogrešnom smjeru.

9. Da budem iskren: Ograničenja keramičkih membrana

Mora se iskreno priznati da keramičke membrane također imaju ograničenja u ovim primjenama: zahtijevaju veća početna ulaganja, relativno su krhke i imaju zahtjevnije zahtjeve za ugradnju i prethodnu obradu. Kada je sadržaj ulja iznimno visok i ulje je uglavnom prisutno kao slobodno ulje, uklanjanje "velike količine" ulja prvo putem odvajanja ulja i flotacije otopljenog zraka često je ekonomičnije od izravne primjene membrane. Kada se naiđu na jaka organska otapala ili ekstremne pH uvjete, kompatibilnost materijala također mora biti potvrđena unaprijed. Drugim riječima, keramičke membrane su "optimalno rješenje za-za-zauljene otpadne vode", a ne "optimalno rješenje za sve zauljene otpadne vode."

10. Zaključak: prvo procijenite vodu, a zatim odlučite hoćete li koristiti membranu

Kada se scenariji primjene i metodologija razmatraju zajedno, zaključak postaje jasan:kada odlučujete treba li određena aplikacija koristiti keramičke membrane, nemojte žuriti s usporedbom cijena. Umjesto toga, vratite se na tri koraka koji su se opetovano pokazali važnima-prvo, provedite ravnotežu vode da biste razumjeli volumen vode, odakle dolazi ulje i kamo ide koncentrat; zatim, klasificirajte kvalitetu vode kako biste odredili primarni oblik nafte i potreban prag kvalitete nizvodne vode-; konačno, izračunajte razdoblje povrata i ukupne troškove vlasništva kako biste utvrdili mogu li uštede u zamjeni, zastoju i troškovima usklađenosti tijekom dugoročnog razdoblja pokriti početno ulaganje.Nakon što su ova tri koraka pravilno provedena, prirodno postaje jasno gdje se keramičke membrane trebaju koristiti i što mogu riješiti.