Kaip tai veikia: filtravimo principai ir alyvos vandens atskyrimo keraminių membranų sistemos sudėtis

1. Pirma, išsklaidykite intuiciją: „Sieto“ nesusipratimas

Daugelis žmonių, pirmą kartą pamatę keramines membranas riebalams pašalinti, intuityviai galvoja apie jas kaip apie „sietelį“-alyva yra didelis, vanduo mažas, todėl aliejus sulaikomas ir vanduo praeina. Ši analogija nėra klaidinga, tačiau ji praleidžia pačią kritiškiausią pusę: riebiose nuotekose išties sunku sulaikyti ne didelius aliejaus lašelius, o paviršinio aktyvumo medžiagų stabilizuotą submikroninį emulsinį aliejų; tai, kas iš tikrųjų lemia sėkmę ar nesėkmę, taip pat yra ne „ar poros yra pakankamai mažos“, o „ar aliejus užterš membraną ir, jei užsiterš, ar ją galima išvalyti“. Norėdami aiškiai paaiškinti, kaipKeraminės membranos alyvos vandens atskyrimuidarbą, reikia pradėti nuo pagrindinio veiksmo -kryžminio srauto{1}}filtravimo.

2. Kryžminis-Srauto filtravimas: ne „Akla-pabaiga“, o „Tekantis šveitimo metu“

Kryžminio srauto filtravimas-visiškai skiriasi nuo „aklavietės-filtravimo“, naudojamo namuose filtruojant sojų pieną. Filtruojant aklavietėje, tiekiamas skystis stumiamas tiesiai į membranos paviršių, ir vanduo, ir alyva patenka ta pačia kryptimi; aliejus greitai susikaupia ant membranos paviršiaus į paplotėlį, o srautas krenta kaip uola{4}}. Kryžminio srauto filtravimo metu tiekiamas skystis dideliu greičiu teka „į šoną“ išilgai membranos paviršiaus; Vanduo veikiamas slėgio, kad vertikaliai prasiskverbtų per membraną ir taptų skaidrus, o alyvos lašeliai ir teršalai nuolat šalinami šios šlyties jėgos lygiagrečiai membranos paviršiui ir išleidžiami kartu su koncentratu. Kitaip tariant, membrana pasyviai „nepagauna“ teršalų; jis aktyviai „varo teršalus“. Tai ypač svarbu riebioms nuotekoms: kai aliejus pasklinda per membranos paviršių, jį labai sunku pašalinti, o kryžminė-tekėjimo šlytis yra būtent pirmoji gynybos linija nuo naftos plitimo. Dėl šios priežasties alyvuotų nuotekų valymui beveik visada naudojamas kryžminis srautas, o ne{12}}aklavietė.

Paveikslėlis: tipiškas keraminės membranos alyvos{0}}vandens atskyrimo sistemos proceso srautas: riebus žalias vanduo po išankstinio apdorojimo patenka į membranos modulį; veikiant kryžminio srauto šlyčiai, skaidrus skystis prasiskverbia per membraną ir virsta produkto vandeniu, o koncentruota alyva ir teršalai išleidžiami iš koncentrato pusės, o sistema gali būti prijungta prie atvirkštinio osmoso arba biologinio apdorojimo etapo.

2.1 Koncentracijos poliarizacija ir kritinis srautas

Kryžminio srauto{0}}filtravimas taip pat turi dvi sąvokas, kurias reikia suprasti; kitaip daugelio lauko reiškinių negalima paaiškinti. Pirmasis yra koncentracijos poliarizacija: vanduo praeina per membraną, o nafta ir suspenduotos kietosios medžiagos sulaikomos šalia membranos paviršiaus; kuo arčiau membranos paviršiaus, tuo didesnė koncentracija, formuojant koncentracijos gradientą. Šis gradientas padidina atsparumą prasiskverbimui ir sumažina srautą, tačiau pats jis yra grįžtamas; Kai skersinis srauto šlytis suplonina ribinį sluoksnį, srautas gali atsigauti. Antrasis yra kritinis srautas: yra srauto slenkstis, žemiau kurio užsiteršimas kaupiasi lėtai ir sistema išlieka stabili ilgą laiką; virš jo greitai sustiprėja užsiteršimas ir dažnas valymas. Inžinerijos srityje geriau veikti švelniai žemiau kritinio srauto, nei siekti laikino didelio srauto. Šios dvi sąvokos yra raktas į supratimą, „kodėl keraminėms membranoms reikia kryžminio srauto“ ir „kodėl negalima tiesiog nuolat didinti slėgio“, taip pat paaiškina, kodėl bandomasis-masto tyrimas yra ypač svarbus naftingoms nuotekų sistemoms.

3. Mikrofiltravimas ir ultrafiltravimas: kokiu mastu sulaikoma alyva?

Taigi, kokiu mastu membranos iš tikrųjų sulaiko aliejų? Tai priklauso nuo darbo pasidalijimo tarp mikrofiltravimo (MF) ir ultrafiltravimo (UF). MF turi santykinai didesnes poras ir daugiausia išlaiko suspenduotas kietąsias medžiagas, didelius aliejaus lašelius ir dalį išsklaidytos alyvos; UF turi smulkesnes poras, kurios patenka į emulsinto aliejaus lašelių dydžio diapazoną ir yra pagrindinė jėga, sulaikanti submikroninį emulsuotą aliejų. Mikrofiltravimo ir ultrafiltravimo diapazonai, dažniausiai naudojami keraminėse membranose, yra būtent „geriausios aliejaus dalies“ aliejinėse nuotekose priešas. Žemiau esančioje lentelėje išvardyti kokybiniai skirtumai tarp šių dviejų, kad būtų lengviau nustatyti, „kiek alyvos išlaikomas“ atrankos metu.

3.1 Porų dydis nėra mažesnis, tuo geresnis

Reikėtų pažymėti, kad porų dydis nėra mažesnis, tuo geriau. Kuo tankesnė membrana, tuo didesnis atsparumas vandens prasiskverbimui, tuo didesnės energijos sąnaudos ir tuo lengviau ją užkimšti sujungiant smulkius teršalus. Inžinerijos srityje principas yra „tik pakankamai“: pirmiausia naudokite išankstinį apdorojimą, kad pašalintumėte dideles daleles ir laisvą aliejų, tada leiskite keraminiam ultrafiltravimui susitelkti į sunkiausią emulsuotą aliejų, o ne tikėtis, kad viena membrana viską atliks. Tai taip pat yra pati pagrindinė „inscenizacijos“ koncepcija kuriant riebių nuotekų valymo keraminę membraną.

4. Nuo vienos membranos iki visos sistemos

Vienos membranos mastelis iki visos sistemos iš tikrųjų nėra paslaptinga sudėtimi, tačiau kiekviena dalis turi savo ypatybių. Pirmoji dalis yra membraninis modulis ir membraninis elementas. Keraminės membranos dažniausiai atrodo kaip daugiakanaliai koriniai vamzdiniai elementai; tiekiamas skystis teka kanalais, o vanduo prasiskverbia pro vamzdžio sienelę-ši konstrukcija yra atspari užsiteršimui-ir lengvai valoma, todėl ypač tinkama nešvariam vandeniui. Antroji dalis yra tiekimo siurblys ir kryžminė{6}}tekėjimo kilpa, kuri užtikrina du dalykus: transmembraninį slėgio skirtumą, reikalingą tiekimo skysčiui stumti per membraną, ir šlyties greitį, reikalingą membranos paviršiuje; jei šlyties greitis yra nepakankamas, alyva prilips prie membranos. Trečioji dalis yra skaidraus skysčio pusės ir koncentrato pusės surinkimas; skaidrus skystis nukreipiamas pakartotiniam naudojimui arba tolesniems procesams, o koncentruotas vanduo išleidžiamas su nafta. Ketvirtoji dalis yra valymo įrenginys (CIP), kuris yra slaptas ginklas, dėl kurio keraminės membranos yra „patvarios naudoti“-gali išplauti srautą atgal rūgštimi ir šarmu, kol susikaupia teršalai, kurie gali paveikti veikimą.

Membraninio modulio lygyje keraminės membranos paprastai yra daugiakanaliai vamzdiniai arba korio monolitiniai elementai, o ne plokšti lakštai ar tuščiaviduriai pluoštai. Šios formos privalumai yra aiškūs: didelis srauto greitis ir stiprus šlytis kanalų viduje, todėl ypač tinka nešvariam vandeniui; Kai vamzdžio sienelės apnašos ar alyva prilimpa, ją galima nuvalyti internetu mechaniniais kempinės rutuliais, ko organinės membranos negali padaryti; nors pakavimo tankis nėra toks didelis kaip tuščiavidurių pluoštų, už tai gaunamas atsparumas užsikimšimui, paprastas valymas ir ilgas tarnavimo laikas. Renkantis reikia pasverti srautą, pėdsaką ir valymo patogumą, o ne žiūrėti tik į vieną elementą. „Nešvariems darbams“, pavyzdžiui, riebioms nuotekoms, vamzdinės ar kelių kanalų{4}}keraminės membranos dažnai yra realesnis pasirinkimas.

Užteršimo kontrolė yra pagrindinė kasdienė visos sistemos linija. Įprasto veikimo metu kryžminio srauto kirpimas užtikrina „internetinę“ užteršimo prevenciją; periodiškai permeatas naudojamas atgaliniam praplovimui, siekiant nustumti negilius teršalus nuo membranos paviršiaus ir pasiekti „trumpalaikį atsigavimą“; kai atgalinis praplovimas nebegali slopinti srauto mažėjimo, suaktyvinamas cheminis valymas (CIP), naudojant tinkamos koncentracijos rūgštį, šarmą arba oksidantą, kad ištirptų ir pašalintų organinės alyvos dumblą, nuosėdas ir mikrobų dumblą. Priežastis, dėl kurios keraminės membranos drįsta naudoti stiprų valymą, yra ta, kad neorganinės medžiagos yra tvirtos; jei organinės membranos būtų valomos taip pat agresyviai, jos dažnai būtų pažeistos kiekvieną kartą valant. Dėl šios priežasties keraminėse membranose lėtai kaupiasi negrįžtamas užteršimas, srauto mažėjimo kreivė yra švelni, o ilgalaikis{5}}eksploatacinis "nuspėjamumas" yra daug geresnis nei organinių membranų,-tai yra labai vertinga gamybos linijoms, kurioms reikalingas stabilus atitikimas.

4.1 Valymo strategija: CIP nėra „nuplaunamas, kai nešvarus“

Kalbant konkrečiai apie valymo strategiją, CIP nėra toks atsitiktinis, kaip „nuplaukite, kai užterštas“. Šarminis valymas yra skirtas organinių alyvų užteršimui ir biologiniam dumblui, rūgštinis valymas – neorganiniam nuosėdų susidarymui, o oksidantai naudojami mikroorganizmams naikinti ir kai kurioms organinėms medžiagoms skaidyti; seka, koncentracija, temperatūra, laikas ir cirkuliacijos srauto greitis turi įtakos regeneravimo efektyvumui ir membranos tarnavimo laikui. Tinkamas būdas yra sukurti susietus „srauto-slėgio skirtumo-valymo“ įrašus: reguliariai stebėti normalizuoto srauto ir transmembraninio slėgio skirtumo tendencijas; kai sumažėjimas pasiekia iš anksto nustatytą santykinę vertę, suplanuokite valymą; ir po valymo užrašykite regeneravimo greitį, taip optimizuodami dažnį ir chemines medžiagas. Valymą paversti „pagal jausmą“ į „pagal duomenis“ yra raktas į tai, kad keraminės membranos būtų tinkamos naudoti ilgą laiką.

5. Užteršimo klasifikacija ir atitinkami „receptai“

Kalbant apie valymą, negalima išvengti, kiek yra nešvarumų rūšių, nes skirtingiems nešvarumams reikia skirtingų „receptų“. Pagal šaltinį jas galima apytiksliai suskirstyti į tris tipus: organinis užsiteršimas, daugiausia aliejaus plėvelės, baltymai ir mikrobų metabolitai, dažniausiai pašalinami šarminiu valymu kartu su aktyviosiomis paviršiaus medžiagomis; neorganinis apnašas, nuo kalcio, magnio, silicio ir kt. vandenyje, ištirpinto rūgštiniu valymu; ir biologinis dumblas, susidarantis dėl mikrobų dauginimosi, kontroliuojamas oksidantų arba biocidų. Realiai veikiant, šie trys elementai dažnai egzistuoja kartu ir persipina, todėl valymo planas dažnai yra „šarminių -rūgščių- oksidantų“, o ne vienos cheminės medžiagos derinys ir seka. Dėl riebių nuotekų pagrindinis kaltininkas yra organinis užteršimas, o pagrindas yra šarminis valymas; bet jei įtekantis kietumas yra didelis, valymas rūgštimi taip pat yra būtinas. Tik aiškiai įvertinus nešvarumų tipą ir aptarus valymą, galima kruopščiai išvalyti ir nepažeisti membranos-būtent čia yra keraminių membranų medžiagų atsparumo cheminėms medžiagoms vertė, be to, šioje srityje, kuriant valymo sistemą, labiausiai reikia lauko duomenų.

Paveikslas: Keraminių membranų ir polimerinių organinių membranų kokybinio įvertinimo palyginimas pagal pagrindinius matmenis, tokius kaip atsparumas užsiteršimui, atsparumas temperatūrai, atsparumas cheminiam valymui, eksploatavimo laikas ir srauto atkūrimas (santykinė iliustracija, o ne konkrečios vertės).

6. Jo padėtis visoje gamybos linijoje: paruošiamasis apdorojimas

Žvelgiant į membranos sistemą visoje gamybos linijoje, jos padėtis paprastai yra „išankstinio apdorojimo sargybinė“. Prieš srovę yra išankstinio apdorojimo priemonės, tokios kaip alyvos atskyrimas, oro flotacija ir išlyginimo rezervuarai, pirmiausia atsakingi už daugumos laisvos alyvos ir sunkiųjų suspenduotų kietųjų dalelių pašalinimą, keraminės membranos apsaugą nuo didelių dalelių pažeidimo ir nuo perteklinės alyvos akimirksniu apakimo; pasroviui yra pažangus apdorojimas, skirtas pakartotiniam naudojimui-atvirkštinis osmosas tvarko gėlinimą, jonų mainai – minkština arba pašalina konkrečius jonus, o biologinėje stadijoje – ištirpusių organinių medžiagų skaidymas. Tik tada, kai keraminės membranos pašalina alyvą iki pakankamai žemo lygio, šios pasroviui skirtos dalys gali veikti ramiai: RO membranos nebus užkimštos alyva, dervos nebus nuodytos alyva, o biologiniuose rezervuaruose nebus aeracijos, uždarytos alyvos plėvelėmis. Galima sakyti, kad jei šis keraminės membranos barjeras laikomas, visos tolesnio pakartotinio naudojimo grandinės stabilumas taip pat bus naudingas.

Toliau pateiktoje lentelėje apibendrinami pagrindiniai keraminės membranos alyvos{0}}vandens atskyrimo sistemos mazgai, funkcijos ir dizaino aspektai, palengvinantys konfigūracijos patikrinimą vietoje.

Šiuo metu darbo logikaKeraminės membranos alyvos vandens atskyrimuitampa aišku: tai ne izoliuotas „filtras“, o miniatiūrinė inžinerinė sistema „kryžminio-užteršimo prevencija + etapinis sulaikymas + regeneruojamas valymas + koordinavimas prieš srovę / pasroviui“. Suprasti tai svarbiau nei įsiminti bet kurį vieną parametrą,{5}}nes kai lauke atsiranda problemų, devynis kartus iš dešimties jos kyla dėl „sistemos koordinavimo“, o ne „pačios membranos“.

7. Veiklos metodika: Pirmiausia vandens balansas

Eksploataciniu lygmeniu vis dar taikoma pakartotinai patikrinta metodika: pirmiausia atlikti vandens balansą, siekiant išsiaiškinti vandens tūrį ir koncentrato paskirties vietą; tada klasifikuoti vandens kokybę, kad nustatytų, kuri naftos forma vyrauja ir kokia vandens kokybės riba reikalinga pasroviui; galiausiai apskaičiuokite atsipirkimo laikotarpį ir visas nuosavybės išlaidas, kad nuspręstumėte sistemos mastą ir valymo strategiją. Tik tvirtai atlikus šiuos tris veiksmus, keraminių membranų mechanizmas „kaip tai veikia“ tikrai gali virsti stabiliu švariu vandeniu ir regeneruojamu aliejumi jūsų gamybos linijoje.