Gdzie jest stosowany i jakie rozwiązuje problemy: typowe zastosowania przemysłowe membran ceramicznych do separacji wody olejowej

1. Technologię należy zastosować do określonych warunków wody

W poprzednich dwóch artykułach szczegółowo wyjaśniono, „dlaczego warto wybierać membrany ceramiczne” i „jak one działają”, ale nawet najlepsza technologia ma wartość tylko wtedy, gdy jest zastosowana do określonych warunków wody.Membrany ceramiczne do separacji wody olejowejnie są lekarstwem-na wszystkie problemy. Ich najbardziej odpowiednimi zastosowaniami są zaolejone strumienie ścieków charakteryzujące się „drobnymi kropelkami oleju, silnie zanieczyszczoną wodą i trudnymi warunkami pracy”. Natomiast w przypadku zastosowań, w których występuje niska zawartość oleju, łagodne warunki wodne i ograniczone wahania, tańsze-membrany organiczne lub konwencjonalne metody obróbki fizycznej-chemicznej mogą być bardziej ekonomiczne. W tym artykule omówiono kilka typowych scenariuszy przemysłowych, aby sprawdzić, jakie problemy faktycznie rozwiązują membrany ceramiczne i kiedy należy ponownie rozważyć ich zastosowanie.

2. Scenariusz 1: Woda produkowana na polach naftowych i ponowne zatłaczanie

Zacznijmy odwoda produkowana na polach naftowych. Jest to jeden z najbardziej klasycznych obszarów zastosowań membran ceramicznych. Podczas wydobycia ropy naftowej woda z formacji wydostaje się na powierzchnię, unosząc ropę naftową, piasek formacyjny, jony kamienia kotłowego i duże ilości zemulgowanej ropy. Często utrzymuje także temperaturę formacji,-większość wytwarzanej wody jest ciepła, gdy dociera na powierzchnię, a niektóre strumienie mogą być nawet stosunkowo gorące. Tym, co sprawia, że ​​sytuacja jest trudniejsza, jest jej „podwójna misja”: woda może albozostać ponownie wtłoczony do formacji w celu utrzymania ciśnienia, które nakłada wymogi dotyczące zawiesin stałych i zawartości oleju, lubpoddane obróbce w celu ponownego użycia lub zgodnego zrzutu, co stawia jeszcze wyższe wymagania w zakresie stabilności jakości wody. Konwencjonalna separacja grawitacyjna i flotacja rozpuszczonym powietrzem często mogą powodować problemy, gdy jednocześnie występuje emulgowany olej i duże obciążenie piaskiem. Membrany ceramiczne doskonale sprawdzają się w tych warunkach ze względu na swoje właściwości hydrofilowe i oleofobowe, a także odporność na temperaturę i ścieranie. Filtracja-z przepływem krzyżowym w sposób ciągły usuwa piasek i olej, podczas gdy ultrafiltracja zatrzymuje zemulgowany olej, tworząc stabilny i czystszy permeat, który pomaga zapobiegać zatykaniu się formacji podczas ponownego wtryskiwania i chroni dalsze procesy podczas ponownego użycia. W doświadczeniu inżynierskimOchrona środowiska Taihe z systemami membran ceramicznych do ścieków zaolejonych, zastosowania związane z polami naftowymi- stanowią znaczną część,właśnie dlatego, że ich potrzeba „brudnej, ale stabilnej” pracy jest ściśle dopasowana do mocnych stron membran ceramicznych.

2.1 Wymagania jakościowe dotyczące jakości wody do ponownego zatłaczania

W odniesieniu do ponownego wtrysku warto dodać uwagę o wymaganiach jakościowych, ponieważ stanowią one ważną podstawę przy doborze membran w zastosowaniach na polach naftowych. Jeśli zawartość zawieszonych cząstek stałych i zawartość oleju w wodzie do ponownego wtrysku są zbyt wysokie, mogą zatkać pory i uszkodzić zbiornik po wtrysku, powodując wzrost ciśnienia wtrysku i zmniejszoną skuteczność odzyskiwania oleju. Dlatego też ponowne zatłaczanie wody zasadniczo skupia się na trzech aspektach:stężenie zawiesin i rozkład-wielkości cząstek, zawartość oleju i zgodność z wodą z formacji,włączając możliwość wystąpienia łuszczenia się lub pęcznienia gliny. Wartość membran ceramicznych polega na ich zdolności do jednoczesnej redukcji zawiesin i zemulgowanego oleju do stabilnego i stosunkowo niskiego poziomu, przy jednoczesnym zachowaniu niskich wahań jakości permeatu. W przypadku pól naftowych wymagających-długoterminowego stabilnego zatłaczania jest to bardziej znaczące niż osiąganie niskiej wartości tylko tymczasowo. Jeśli chodzi o konkretne limity, różnią się one znacznie w zależności od pól naftowych i zbiorników i należy je ustalać zgodnie ze standardami-specyficznymi dla danego miejsca, a nie na podstawie jednej uniwersalnej wartości.

3. Scenariusz 2: Zaolejone ścieki rafineryjne i petrochemiczne

Następny jestścieki zaolejone z rafinerii i obiektów petrochemicznych. Ten rodzaj wody jest bardziej złożony niż woda na polach naftowych. Oprócz oleju może zawierać fenole, siarczki, zawieszone drobne cząstki katalizatora i różne inne zanieczyszczenia. Jakość wody może ulegać znacznym wahaniom podczas-zmiany jednostek procesowych, a temperatury mogą być również stosunkowo wysokie. W tym przypadku wartość membran ceramicznych nie polega na „wchłonięciu” samych wszystkich zanieczyszczeń, ale na spełnieniu roli stabilnej „bariery usuwającej olej i zawiesiny”: usuwaniu w pierwszej kolejności oleju i cząstek, które mają największy wpływ na dalsze procesy, dzięki czemu późniejsze oczyszczanie biologiczne lub zaawansowane może działać stabilniej. Ich odporność na czyszczenie chemiczne jest tu szczególnie przydatna, ponieważ ścieki rafineryjne są silnie zanieczyszczone i mogą wymagać częstego czyszczenia. Membrany organiczne mogą ulec uszkodzeniu w wyniku wielokrotnego czyszczenia, natomiast membrany ceramiczne mogą wytrzymać wielokrotne cykle czyszczenia. Oczywiście ścieki rafineryjne mają złożony skład, dlatego membrany ceramiczne są zwykle „centralnym elementem” kombinowanego procesu oczyszczania, a nie „jedyną” technologią oczyszczania. To rozróżnienie należy uznać realistycznie.

(Rysunek: Cztery typowe scenariusze dotyczące ścieków zaolejonych: woda z pól naftowych, ścieki rafineryjne i petrochemiczne, ścieki płynne-z obróbki metali oraz ścieki z przetwarzania-żywności i rzeźni, ilustrujące odpowiednie formy ropy i główne wyzwania).

4. Scenariusz 3: Obróbka metali i cięcie-płynne ścieki

Trzecią kategorią są ścieki z obróbki skrawaniem i chłodziwa.Po dłuższym okresie stosowania emulsji i płynów obróbkowych w warsztatach obróbczych mogą one przekształcić się w „czarny bulion” zawierający zarówno olej mineralny, jak i duże ilości środków powierzchniowo czynnych i dodatków do-płynów procesowych, o wyjątkowo stabilnej emulgacji i wysokim ChZT. Objętość tego typu ścieków niekoniecznie jest duża, ale trudność ich oczyszczania nie jest wcale mała. Konwencjonalna koagulacja i flotacja rozpuszczonym powietrzem często nie zapewniają całkowitej deemulgacji, pozostawiając resztki oleju w uzdatnionej wodzie. Zaletą ultrafiltracji ceramicznej jest to, że jest ona szczególnie skuteczna w „obróbce emulsji”: zatrzymuje stabilne kropelki oleju, podczas gdy permeat można następnie poddać odparowaniu, obróbce biologicznej lub obróbce po-demulsyfikacji. Dla firm zajmujących się obróbką skrawaniem może to oznaczać wydłużenie-żywotności płynu tnącego, ograniczenie wytwarzania niebezpiecznych odpadów i zwiększenie potencjału ponownego użycia. W kontekście coraz bardziej rygorystycznych przepisów dotyczących ochrony środowiska jego wartość polega nie tylko na wydajności oczyszczania, ale także na zgodności z przepisami.

5. Scenariusz 4: Przetwórstwo spożywcze i ścieki z ubojni zawierające oleje zwierzęce i roślinne

Czwartą kategorią są ścieki zawierające oleje zwierzęce i roślinne z przetwórstwa spożywczego, rzeźni i podobnych gałęzi przemysłu.Olej zawarty w tego typu ściekach to głównie tłuszcze i oleje zwierzęce i roślinne. Temperatura jest często stosunkowo wysoka, szczególnie w gorących-ściekach procesowych, a woda zawiera również zawieszone ciała stałe, białka i materię organiczną. W przeciwieństwie do olejów mineralnych, oleje zwierzęce i roślinne częściej twardnieją w niskich temperaturach i przylegają do powierzchni membrany, co powoduje większe wymagania dotyczące czyszczenia. Szczególnie użyteczna jest tutaj-odporność na wysoką temperaturę i silne właściwości czyszczące membran ceramicznych: czyszczenie ciepłą wodą lub zasadą może stopić zestalony olej i usunąć przywartą materię organiczną, umożliwiając dobry odzysk topnika. Membrany ceramiczne są często stosowane jako drobno-bariera filtracyjna po separacji olejuflotacja rozpuszczonym powietrzem, co jeszcze bardziej redukuje pozostałości zemulgowanego oleju i umożliwia przedostanie się permeatu do obróbki biologicznej lub bardziej spójne spełnienie wymagań dotyczących zrzutu.

6. Inne zastosowania warte uwagi

Oprócz czterech głównych obszarów zastosowań opisanych powyżej, warto zwrócić uwagę na kilka innych scenariuszy.W walcowaniu na zimno i obróbce metaliścieki emulsyjne zawierają mieszaninę oleju, sproszkowanego żelaza i środków powierzchniowo czynnych, co utrudnia deemulgację, a stężenie żelaza jest wysokie. Chociażścieki koksowniczecharakteryzuje się głównie zawartością fenoli i amoniaku, może także zawierać frakcje oleju-podobne do smoły, co nakłada rygorystyczne wymagania dotyczące odporności membrany na zanieczyszczenie i odporności chemicznej.Wodę zęzową statkuto typowy strumień ścieków o „małej-objętości-o dużej-zawierającej-oleju{2}}i charakteryzującej się dużymi wahaniami. Często poddawany jest obróbce na platformach mobilnych, kładąc szczególny nacisk na zwartość systemu i odporność na wstrząsy hydrauliczne i obciążeniowe. Wspólnymi cechami tych zastosowań są drobne kropelki oleju, złożona jakość wody i niepewne warunki pracy, które mieszczą się w strefie komfortu membran ceramicznych. Należy jednak również podkreślić, że przed wprowadzeniem membran ceramicznych do jakiegokolwiek nowego zastosowania należy najpierw przeprowadzić analizę jakości wody i badania pilotażowe, aby potwierdzić zgodność materiałową i chemiczną oraz sprawdzić wykonalność strategii czyszczenia przed-zwiększeniem skali. Membrany ceramiczne nie są uniwersalnym komponentem typu „podłącz-i{9}}działaj”.

Gdy zestawimy te zastosowania obok siebie, staje się jasne, że chociaż wydają się różne, stojące przed nimi wyzwania są bardzo spójne-wszystkie łączą „drobny olej, brudną wodę + wahania”. Poniższa tabela przedstawia jakościowe porównanie tych typowych wyzwań i logiki stosowania membran ceramicznych.

7. Membrany ceramiczne rzadko działają samodzielnie: łączone procesy uzdatniania

Należy podkreślić jeszcze jedną kwestię: membrany ceramiczne rzadko działają samodzielnie.W przypadku zastosowań o wysokiej-zawartości oleju- powszechnie stosuje się „separację oleju/DAF + membrana ceramiczna”. Gdy wymagane jest zaawansowane ponowne wykorzystanie wody, często stosuje się „membranę ceramiczną + odwróconą osmozę”. W zastosowaniach, w których występuje wysoki poziom rozpuszczonej materii organicznej, w dalszej części procesu można również dodać obróbkę biologiczną lub zaawansowane utlenianie.Tego typu kombinacja nie polega na zwykłym układaniu sprzętu w stosy, ale na umożliwieniu każdemu etapowi oczyszczania wykonywania tego, co potrafi najlepiej.-Fizyczna-obróbka chemiczna usuwa większość oleju, membrany ceramiczne usuwają zemulgowany olej i zawieszone ciała stałe, odwrócona osmoza usuwa rozpuszczone sole, a oczyszczanie biologiczne rozkłada rozpuszczoną materię organiczną. Zrozumienie tego „podziału pracy” jest niezbędne do wykorzystania budżetu tam, gdzie ma to znaczenie podczas wyboru systemu, zamiast oczekiwać, że wszystko załatwi jeden etap leczenia.

7.1 Gdzie trafia koncentrat? Utylizacja w zamkniętej-pętli

Inną często pomijaną kwestią, która bezpośrednio wpływa na wykonalność projektu, jest to, dokąd trafia koncentrat. Membrany ceramiczne koncentrują olej i zawiesiny po stronie koncentratu. Koncentrat ma wyższą zawartość oleju i mniejszą objętość, ale ostatecznie należy go wyrzucić-właśnie wtedy pojawia się wartość „zmniejszenia objętości”.Rozsądną drogą jest zazwyczaj najpierw dalsze zatężanie lub deemulgowanie koncentratu, a następnie odzyskiwanie i ponowne wykorzystanie możliwego do odzyskania oleju. Pozostały ciężki oleisty osad i zemulgowane pozostałości są następnie przesyłane do zgodnej z przepisami utylizacji lub spalania jako odpady niebezpieczne lub zgodnie z lokalnymi przepisami.Miejsce przeznaczenia, sposób utylizacji i koszt koncentratu należy uwzględnić w projekcie na etapie selekcji, zamiast czekać, aż system zostanie zbudowany i odkryje, że nie ma dokąd wysłać koncentratu. W przypadku całego projektu oczyszczania ścieków zaolejonych ostatecznym czynnikiem decydującym o możliwości realizacji projektu często nie jest sama wydajność membrany, ale to, czy cały łańcuch „dopływ wody, wypływanie oleju, ponowne wykorzystanie wody i utylizacja oleju” jest prawidłowo zamknięty.

8. Wybór aplikacji: kilka sygnałów jakościowych do rozważenia

Idąc o krok dalej, kiedy faktycznie musisz wybrać rozwiązanie uzdatniające dla konkretnego zastosowania, samo sprawdzenie, czy woda „zawiera olej”, nie wystarczy. Należy wziąć pod uwagę kilka wymiarów jakościowych:jak bardzo zmienia się jakość wody, jak wysoka jest temperatura robocza, jak wysokie jest obciążenie olejem i zawiesiną oraz jak rygorystyczne są wymagania dotyczące jakości wody-dopływu.Poniższa tabela pomaga dostosować kluczowe czynniki decyzyjne i uniknąć inwestowania w złym kierunku.

9. Szczerze mówiąc: ograniczenia membran ceramicznych

Trzeba uczciwie przyznać, że membrany ceramiczne mają również ograniczenia w tych zastosowaniach: wymagają wyższych inwestycji początkowych, są stosunkowo kruche i mają bardziej rygorystyczne wymagania dotyczące montażu i obróbki wstępnej. Gdy zawartość oleju jest wyjątkowo wysoka, a olej występuje głównie w postaci wolnej, usunięcie „masy” oleju w pierwszej kolejności poprzez separację oleju i flotację rozpuszczonym powietrzem jest często bardziej ekonomiczne niż bezpośrednie zastosowanie membrany. W przypadku napotkania silnych rozpuszczalników organicznych lub ekstremalnych warunków pH należy również wcześniej potwierdzić kompatybilność materiałową. Innymi słowy, membrany ceramiczne są „optymalnym rozwiązaniem do-trudnych-oczyszczania ścieków zaolejonych”, a nie „optymalnym rozwiązaniem do wszystkich ścieków zaolejonych”.

10. Wniosek: Najpierw oceń wodę, a następnie zdecyduj, czy zastosować membranę

Gdy scenariusze zastosowań i metodologię rozważymy łącznie, wniosek staje się jasny:decydując, czy w konkretnym zastosowaniu należy zastosować membrany ceramiczne, nie spiesz się z porównywaniem cen. Zamiast tego wróć do trzech kroków, które wielokrotnie okazywały się ważne,-najpierw wykonaj bilans wodny, aby poznać objętość wody, skąd pochodzi olej i dokąd trafia koncentrat; następnie sklasyfikowaj jakość wody, aby określić pierwotną formę ropy i wymagany próg jakości-wody odprowadzanej; na koniec oblicz okres zwrotu inwestycji i całkowity koszt posiadania, aby określić, czy oszczędności w kosztach wymiany, przestojów i zapewnienia zgodności w dłuższej perspektywie pokryją początkową inwestycję.Po prawidłowym przeprowadzeniu tych trzech etapów w naturalny sposób staje się jasne, gdzie należy zastosować membrany ceramiczne i co można za ich pomocą rozwiązać.