Kur jis naudojamas ir ką jis sprendžia: tipiniai keraminių membranų pramoniniai pritaikymai alyvos vandeniui atskirti

1. Technologija turi būti taikoma tam tikroms vandens sąlygoms

Ankstesniuose dviejuose straipsniuose buvo išsamiai paaiškinta „kodėl verta rinktis keramines membranas“ ir „kaip jos veikia“, tačiau net ir geriausia technologija turi vertę tik tada, kai ji pritaikoma konkrečioms vandens sąlygoms.Keraminės membranos alyvos vandeniui atskirtinėra išgydomas{0}}sprendimas. Tinkamiausias jų panaudojimas yra riebių nuotekų srautai, kuriems būdingi „smulkūs alyvos lašeliai, labai užterštas vanduo ir atšiaurios eksploatavimo sąlygos“. Priešingai, naudojant mažą alyvos kiekį, švelnias vandens sąlygas ir ribotus svyravimus, pigesnės organinės membranos arba įprasti fiziniai -cheminio apdorojimo metodai gali būti ekonomiškesni. Šiame straipsnyje aprašomi keli tipiški pramoniniai scenarijai, siekiant išsiaiškinti, ką iš tikrųjų išsprendžia keraminės membranos ir kada reikėtų persvarstyti jų taikymą.

2. 1 scenarijus. Naftos telkinyje išgaunamas vanduo ir pakartotinis įpurškimas

Pradėkime nuonaftos telkinių pagaminto vandens. Tai viena iš klasikinių keraminių membranų taikymo sričių. Gaminant naftą į paviršių iškeliamas formavimosi vanduo, nešantis žalią naftą, formavimo smėlį, pleiskanojančius jonus ir didelius kiekius emulsuotos alyvos. Jis dažnai taip pat išlaiko formavimosi temperatūrą-didelė dalis pagaminto vandens, kai pasiekia paviršių, yra šilta, o kai kurie srautai gali būti netgi gana karšti. Situaciją sudėtingesnę daro jos „dviguba misija“: vanduo gali irpakartotinai suleisti į darinį, kad būtų išlaikytas slėgis, kuriame keliami reikalavimai skendinčių kietųjų dalelių ir aliejaus kiekiui, arbaapdorotas pakartotiniam naudojimui arba išleidimui pagal reikalavimus, kuri kelia dar aukštesnius reikalavimus vandens kokybės stabilumui. Įprastas gravitacinis atskyrimas ir ištirpusio oro flotacija dažnai gali susidoroti, kai kartu susidaro emulsuota alyva ir didelis smėlio kiekis. Keraminės membranos puikiai tinka tokioms sąlygoms dėl savo hidrofilinių ir oleofobinių savybių, taip pat atsparumo temperatūrai ir dilimui. Kryžminio srauto filtravimas nuolat pašalina smėlį ir alyvą, o ultrafiltracija sulaiko emulsuotą alyvą, todėl susidaro stabilus ir švaresnis prasiskverbimas, kuris padeda išvengti susidarymo užsikimšimo pakartotinio įpurškimo metu ir apsaugo tolesnius procesus pakartotinio naudojimo metu. Turėdamas inžinerinę patirtįTaihe Environmental Protection su keraminėmis membraninėmis sistemomis, skirtomis naftingoms nuotekoms, su naftos telkiniais{0}}susijusioms programoms tenka didelė dalis,kaip tik todėl, kad jų poreikis dirbti „nešvariai, bet stabiliai“ labai atitinka keraminių membranų stiprumą.

2.1 Kokybiniai pakartotinio įpurškimo vandens kokybės reikalavimai

Kalbant apie pakartotinį įpurškimą, verta paminėti kokybinius reikalavimus, nes jie yra svarbus pagrindas renkantis membraną naftos telkiniuose. Jei suspenduotų kietųjų dalelių ir alyvos kiekis pakartotinio įpurškimo vandenyje yra per didelis, jie gali užkimšti poras ir sugadinti rezervuarą po injekcijos, todėl padidės įpurškimo slėgis ir sumažės alyvos regeneravimo efektyvumas. Todėl pakartotinai įpurškiant vandenį daugiausia dėmesio skiriama trims aspektams:skendinčių kietųjų medžiagų koncentracija ir dalelių{0}}dydžių pasiskirstymas, aliejaus kiekis ir suderinamumas su formavimo vandeniu,įskaitant tai, ar gali atsirasti pleiskanų arba molio patinimas. Keraminių membranų vertė slypi jų gebėjime vienu metu sumažinti suspenduotų kietųjų dalelių ir emulsinto aliejaus kiekį iki stabilaus ir santykinai žemo lygio, išlaikant mažus permeato kokybės svyravimus. Naftos telkiniams, kuriems reikalingas ilgalaikis stabilus-įpurškimas, tai yra prasmingiau nei tik laikinai pasiekti žemą vertę. Kalbant apie konkrečias ribas, jos labai skiriasi priklausomai nuo naftos telkinių ir rezervuarų ir turi būti nustatytos atsižvelgiant į konkrečius vietos-standartus, o ne taikant vieną universalią vertę.

3. 2 scenarijus: naftos perdirbimo gamyklos ir naftos chemijos naftos nuotekos

Kitas yranaftos perdirbimo gamyklų ir naftos chemijos įmonių nuotekos. Šio tipo vanduo yra sudėtingesnis nei naftos telkinių vanduo. Be aliejaus, jame gali būti fenolių, sulfidų, suspenduotų katalizatoriaus dalelių ir įvairių kitų teršalų. Vandens kokybė gali labai svyruoti proceso-įrenginio perjungimo metu, o temperatūra taip pat gali būti gana aukšta. Čia keraminių membranų vertė slypi ne vien visų teršalų „paėmimui“, o stabiliam „naftos ir suspenduotų kietųjų dalelių šalinimo barjerui“: pirmiausia pašalinama alyva ir dalelės, kurios turi didžiausią įtaką tolesniems procesams, kad vėliau biologinis ar pažangus apdorojimas veiktų stabiliau. Jų atsparumas cheminiam valymui čia ypač naudingas, nes naftos perdirbimo gamyklų nuotekos yra labai užterštos ir jas gali reikėti dažnai valyti. Organinės membranos gali būti pažeistos po pakartotinio valymo, o keraminės membranos gali atlaikyti pakartotinius valymo ciklus. Žinoma, naftos perdirbimo gamyklų nuotekos yra sudėtingos sudėties, todėl keraminės membranos dažniausiai yra kombinuoto valymo proceso „centrinė sudedamoji dalis“, o ne „vienintelė“ valymo technologija. Šis skirtumas turi būti realiai pripažintas.

(Paveikslėlis: keturi tipiški naftingų nuotekų scenarijai: naftos telkinių išgaunamas vanduo, naftos perdirbimo gamyklų ir naftos chemijos nuotekos, metalo apdirbimo pjovimo-skystos nuotekos ir maisto-apdirbimo bei skerdyklų nuotekos, iliustruojantys atitinkamas naftos formas ir pagrindinius iššūkius.)

4. 3 scenarijus: metalo apdirbimas ir pjovimas-skysčių nuotekos

Trečioji kategorija – apdirbimo ir metalo pjovimo skysčių nuotekos.Emulsijos ir pjovimo skysčiai apdirbimo dirbtuvėse naudojami ilgą laiką, jie gali virsti „juodu sultiniu“, kuriame yra ir mineralinės alyvos, ir daug paviršinio aktyvumo medžiagų bei procesų{0}}skysčių priedų, itin stabilios emulsijos ir aukšto COD. Šio tipo nuotekų tūris nebūtinai yra didelis, tačiau jų valymo sudėtingumas anaiptol nėra mažas. Įprasta koaguliacija ir ištirpusio oro flotacija dažnai nepasiekia visiško demulsifikavimo, todėl išvalytame vandenyje lieka alyvos likučiai. Keraminio ultrafiltravimo pranašumas yra tas, kad jis ypač efektyvus „apdoroti emulsijas“: išlaiko stabilius aliejaus lašelius, o permeatą galima išgarinti, biologiškai apdoroti arba po-demulsifikacijos. Apdirbimo įmonėms tai gali reikšti, kad pailgėja pjovimo-skysčio tarnavimo laikas, sumažėja pavojingų atliekų susidarymas ir padidėja pakartotinio naudojimo galimybė. Atsižvelgiant į vis griežtesnius aplinkosaugos reguliavimus, jo vertė priklauso ne tik nuo valymo rezultatų, bet ir dėl teisės aktų laikymosi.

5. 4 scenarijus. Maisto perdirbimo ir skerdyklų nuotekos, kuriose yra gyvulinio ir augalinio aliejaus

Ketvirtoji kategorija – maisto perdirbimo, skerdyklų ir panašių pramonės šakų nuotekos, kuriose yra gyvulinio ir augalinio aliejaus.Šio tipo nuotekose esantis aliejus daugiausia yra gyvuliniai ir augaliniai riebalai bei aliejus. Temperatūra dažnai yra gana aukšta, ypač karštose{1}}nuotekose, o vandenyje taip pat yra suspenduotų kietųjų dalelių, baltymų ir organinių medžiagų. Skirtingai nuo mineralinio aliejaus, gyvūniniai ir augaliniai aliejai labiau kietėja esant žemai temperatūrai ir prilimpa prie membranos paviršiaus, todėl valymo reikalavimai yra didesni. Čia ypač praverčia keraminių membranų atsparumas aukštai-temperatūrai ir stiprios valymo galimybės: šiltas vanduo arba valymas šarminiu būdu gali ištirpdyti sukietėjusią alyvą ir pašalinti prilipusias organines medžiagas, o tai leidžia gerai susigrąžinti srautą. Keraminės membranos dažnai naudojamos kaip smulkus-filtravimo barjeras po alyvos atskyrimo irištirpusio oro flotacija, dar labiau sumažindamas emulsinio aliejaus likučius ir leisdamas permeatui patekti į biologinį apdorojimą arba nuosekliau atitikti išleidimo reikalavimus.

6. Kitos dėmesio vertos programos

Be pirmiau minėtų keturių pagrindinių taikymo sričių, verta atkreipti dėmesį ir į keletą kitų scenarijų.Šalto valcavimo ir metalo apdirbimo srityse, emulsijos nuotekose yra aliejaus, geležies miltelių ir paviršinio aktyvumo medžiagų mišinio, todėl demulsifikacija yra sudėtinga ir geležies koncentracija yra didelė. Norskoksavimo nuotekosdaugiausia pasižymi fenoliais ir amoniaku, jame taip pat gali būti deguto{0}}kaip aliejaus frakcijų, todėl keliami griežti membranos atsparumo užteršimui ir cheminio atsparumo reikalavimai.Laivo triumo vandenįyra tipiškas „mažo-tūrio, didelio-naftos-turinio, labai svyruojantis“ nuotekų srautas. Jis dažnai apdorojamas mobiliose platformose, ypač pabrėžiant sistemos kompaktiškumą ir atsparumą hidrauliniams bei apkrovos smūgiams. Bendros šių programų charakteristikos yra smulkūs alyvos lašeliai, sudėtinga vandens kokybė ir neapibrėžtos eksploatavimo sąlygos, kurios patenka į keraminių membranų komforto zoną. Tačiau taip pat reikėtų pabrėžti, kad prieš pradedant naudoti keramines membranas bet kokiam naujam pritaikymui, pirmiausia reikia atlikti vandens kokybės analizę ir bandomuosius bandymus, siekiant patvirtinti medžiagų ir cheminių medžiagų suderinamumą ir patikrinti valymo strategijos pagrįstumą prieš didinant mastelį. Keraminės membranos nėra universalus „plug{8}}and-play“ komponentas.

Kai šios programos išdėstomos greta, tampa aišku, kad nors jos atrodo skirtingos, pagrindinės jų problemos yra labai nuoseklios-visose jose derinama „smulki alyva + nešvarus vanduo + svyravimai“. Šioje lentelėje pateikiamas kokybinis šių bendrų iššūkių palyginimas ir keraminių membranų taikymo logika.

7. Keraminės membranos retai veikia atskirai: kombinuoti gydymo procesai

Reikia pabrėžti dar vieną dalyką: keraminės membranos retai veikia atskirai.Jei naudojate didelį{0}}alyvos kiekį{1}}, dažniausiai naudojamas „alyvos atskyrimas/DAF + keraminė membrana“. Kai reikalingas pažangus pakartotinis vandens panaudojimas, dažnai taikoma „keraminė membrana + atvirkštinis osmosas“. Tais atvejais, kai yra daug ištirpusių organinių medžiagų, pasroviui taip pat gali būti pridedamas biologinis apdorojimas arba pažangi oksidacija.Šio tipo derinys nėra skirtas paprasčiausiai sukrauti įrangą, o leisti kiekvienam apdorojimo etapui atlikti tai, kas jam sekasi geriausiai, -fizinis-cheminis apdorojimas pašalina didžiąją alyvos dalį, keraminės membranos pašalina emulsuotą aliejų ir suspenduotas medžiagas, atvirkštinis osmosas pašalina ištirpusias druskas, o biologinis apdorojimas suardo ištirpusias organines medžiagas. Suprasti šį „darbų pasidalijimą“ būtina norint išleisti biudžetą ten, kur tai svarbu renkantis sistemą, o ne tikėtis, kad vienas gydymo etapas viską sutvarkys.

7.1 Kur dingsta koncentratas? Uždarojo-ciklo šalinimas

Kita dažnai nepastebima problema, kuri turi tiesioginės įtakos projekto įgyvendinamumui, yra ta, kur nukreipiamas dėmesys. Keraminės membranos koncentruoja aliejų ir suspenduotas medžiagas koncentrato pusėje. Koncentrate yra didesnis aliejaus kiekis ir mažesnis tūris, bet galiausiai jį vis tiek reikia išmesti-būtent čia atsiranda „tūrio mažinimo“ reikšmė.Paprastai tinkamas būdas yra toliau koncentruoti arba demulsuoti koncentratą ir išgauti bei pakartotinai panaudoti regeneruojamą alyvą. Likęs sunkusis naftingas dumblas ir emulsuoti likučiai siunčiami pagal reikalavimus šalinti arba sudeginti kaip pavojingos atliekos arba pagal vietinius reikalavimus.Koncentrato paskirties vieta, šalinimo būdas ir kaina turėtų būti įtraukti į projektą atrankos etape, o ne laukti, kol sistema bus sukurta ir sužinos, kad koncentrato nėra kur siųsti. Visam naftingų nuotekų valymo projektui galiausiai lemia, ar projektas gali būti įgyvendintas, dažnai yra ne pačios membranos veikimas, o tai, ar tinkamai uždaryta visa grandinė „vanduo patenka, alyva išeina, vanduo pakartotinai naudojamas ir alyva pašalinama“.

8. Taikymo pasirinkimas: keletas kokybinių signalų, į kuriuos reikia atsižvelgti

Žengiant vienu žingsniu giliau, kai iš tikrųjų reikia pasirinkti gydymo sprendimą konkrečiam pritaikymui, neužtenka tiesiog pasižiūrėti, ar vandenyje „yra aliejaus“. Turite atsižvelgti į keletą kokybinių matmenų:kiek svyruoja vandens kokybė, kokia aukšta darbo temperatūra, kokia didelė alyvos ir skendinčių dalelių apkrova ir kokie griežti vandens{0} kokybės reikalavimai.Toliau pateikta lentelė padeda suderinti pagrindinius sprendimo veiksnius ir išvengti investicijų neteisinga kryptimi.

9. Tiesą sakant: keraminių membranų apribojimai

Reikia nuoširdžiai pripažinti, kad keraminės membranos taip pat turi apribojimų šiose srityse: joms reikia didesnių pradinių investicijų, jos yra santykinai trapios, joms keliami griežtesni montavimo ir išankstinio apdorojimo reikalavimai. Kai alyvos kiekis yra labai didelis, o alyva daugiausia yra laisvos alyvos pavidalu, „birios“ alyvos pašalinimas pirmiausia naudojant alyvos atskyrimą ir ištirpusio oro flotaciją dažnai yra ekonomiškesnis nei tiesioginis membranos uždėjimas. Kai susiduriama su stipriais organiniais tirpikliais arba ekstremaliomis pH sąlygomis, medžiagų suderinamumas taip pat turi būti patvirtintas iš anksto. Kitaip tariant, keraminės membranos yra „optimalus sprendimas sunkiai--valyti riebias nuotekas“, o ne „optimalus sprendimas visoms riebioms nuotekoms“.

10. Išvada: pirmiausia įvertinkite vandenį, tada nuspręskite, ar naudoti membraną

Kartu nagrinėjant taikymo scenarijus ir metodiką, daroma išvada:Kai nuspręsite, ar tam tikroje programoje reikėtų naudoti keramines membranas, neskubėkite lyginti kainų. Verčiau grįžkite prie trijų žingsnių, kurie ne kartą pasirodė svarbūs,-pirmiausia atlikite vandens balansą, kad suprastumėte vandens tūrį, iš kur gaunamas aliejus ir kur eina koncentratas; tada klasifikuokite vandens kokybę, kad nustatytumėte pirminę naftos formą ir reikiamą vandens kokybės slenkstį; galiausiai, apskaičiuokite atsipirkimo laikotarpį ir visas nuosavybės išlaidas, kad nustatytumėte, ar sutaupytos keitimo, prastovos ir atitikties išlaidos ilgainiui gali padengti pradines investicijas.Tinkamai atlikus šiuos tris veiksmus, natūraliai tampa aišku, kur reikėtų naudoti keramines membranas ir ką jos gali išspręsti.