Unde este utilizat și ce rezolvă: aplicații industriale tipice ale membranelor ceramice pentru separarea uleiului și apei

1. Tehnologia trebuie aplicată la condiții specifice de apă

Cele două articole anterioare au explicat în profunzime „de ce să alegeți membranele ceramice” și „cum funcționează acestea”, dar chiar și cea mai bună tehnologie are valoare doar atunci când este aplicată unor condiții specifice de apă.Membrane ceramice pentru separarea uleiului și apeinu sunt o soluție de leac-toate. Cele mai potrivite aplicații ale acestora sunt fluxurile de ape uzate uleioase caracterizate prin „picături fine de ulei, apă puternic contaminată și condiții dure de funcționare”. În schimb, pentru aplicațiile cu conținut scăzut de ulei, condiții de apă blânde și fluctuații limitate, membranele organice cu costuri reduse sau metodele convenționale de tratament fizic-chimic pot fi mai economice. Acest articol trece prin mai multe scenarii industriale tipice pentru a examina ce rezolvă de fapt membranele ceramice și când ar trebui reconsiderată aplicarea lor.

2. Scenariul 1: apă produsă de zăcăminte și reinjecție

Să începem cuzăcământul petrolier a produs apă. Aceasta este una dintre cele mai clasice domenii de aplicare pentru membrane ceramice. Apa de formare este adusă la suprafață în timpul producției de petrol, transportând țiței, nisip de formare, ioni de detartrare și cantități mari de ulei emulsionat. Adesea, menține, de asemenea, temperatura de formare-o mare parte din apa produsă este caldă când ajunge la suprafață, iar unele cursuri pot fi chiar relativ fierbinți. Ceea ce face situația mai provocatoare este „dubla misiune”: apa poate fifi reinjectat în formațiune pentru a menține presiunea, care impune cerințe privind solidele în suspensie și conținutul de ulei, sautratate pentru reutilizare sau descărcare conformă, care impune cerințe și mai mari asupra stabilității calității apei. Separarea gravitațională convențională și flotarea cu aer dizolvat pot avea deseori probleme atunci când uleiul emulsionat și încărcarea mare de nisip apar împreună. Membranele ceramice sunt potrivite pentru aceste condiții datorită caracteristicilor lor hidrofile și oleofobe, precum și rezistenței la temperatură și abraziune. Filtrarea cu flux-încrucișat îndepărtează continuu nisipul și uleiul, în timp ce ultrafiltrarea reține uleiul emulsionat, producând un permeat stabil și mai curat, care ajută la prevenirea blocajului de formare în timpul reinjectării și protejează procesele din aval în timpul reutilizării. În experiența inginerească aProtecția mediului Taihe cu sisteme cu membrane ceramice pentru apele uzate uleioase, aplicațiile legate de câmpurile petroliere{0}} reprezintă o proporție semnificativă,tocmai pentru că nevoia lor de funcționare atât „murdară, dar stabilă” se potrivește îndeaproape cu rezistența membranelor ceramice.

2.1 Cerințe calitative pentru calitatea apei de reinjectare

În ceea ce privește reinjecția, merită adăugat un punct despre cerințele calitative, deoarece acestea reprezintă o bază importantă pentru selecția membranelor în aplicațiile pe câmpuri petroliere. Dacă solidele în suspensie și conținutul de ulei din apa de reinjectare sunt prea mari, acestea pot obtura gâturile porilor și pot deteriora rezervorul după injectare, ceea ce duce la creșterea presiunii de injecție și la o eficiență redusă de recuperare a uleiului. Prin urmare, apa de reinjectare se concentrează în general pe trei aspecte:concentrația de solide în suspensie și distribuția-dimensiunii particulelor, conținutul de ulei și compatibilitatea cu apa de formare,inclusiv dacă pot apărea descuamări sau umflături cu argilă. Valoarea membranelor ceramice constă în capacitatea lor de a reduce simultan solidele în suspensie și uleiul emulsionat la niveluri stabile și relativ scăzute, menținând în același timp fluctuații scăzute ale calității permeatului. Pentru câmpurile petroliere care necesită injecție stabilă-pe termen lung, acest lucru este mai semnificativ decât atingerea unei valori scăzute doar temporar. În ceea ce privește limitele specifice, acestea variază semnificativ între câmpurile petroliere și rezervoarele și trebuie determinate în funcție de standardele specifice-sitului, mai degrabă decât prin aplicarea unei valori universale unice.

3. Scenariul 2: Ape uzate uleioase de rafinărie și petrochimice

Următorul esteape uzate uleioase de la rafinării și instalații petrochimice. Acest tip de apă este mai complex decât apa câmpurilor petroliere. Pe lângă ulei, acesta poate conține fenoli, sulfuri, catalizator fin în suspensie și diverși alți contaminanți. Calitatea apei poate fluctua semnificativ în timpul comutării-unității de proces, iar temperaturile pot fi, de asemenea, relativ ridicate. Aici, valoarea membranelor ceramice nu constă doar în „preluarea” tuturor contaminanților, ci în a servi drept „barieră de îndepărtare a uleiurilor și a solidelor în suspensie” stabilă: îndepărtarea uleiului și a particulelor care au cel mai mare impact asupra proceselor din aval, astfel încât tratamentul biologic sau avansat ulterior să poată funcționa mai stabil. Rezistența lor la curățarea chimică este deosebit de utilă aici, deoarece apele uzate ale rafinăriilor sunt puternic contaminate și pot necesita curățare frecventă. Membranele organice pot fi deteriorate după curățări repetate, în timp ce membranele ceramice pot rezista la cicluri repetate de curățare. Desigur, apele uzate ale rafinăriilor au o compoziție complexă, astfel încât membranele ceramice sunt de obicei „componenta centrală” a unui proces combinat de tratare, mai degrabă decât „singura” tehnologie de tratare. Această distincție trebuie recunoscută în mod realist.

(Figura: Patru scenarii tipice de ape uzate uleioase: apă uzată produsă de câmpuri petroliere, ape uzate de rafinărie și petrochimice, ape uzate fluide de tăiere-prelucrarea metalelor și ape uzate-de prelucrare a alimentelor și de abator, ilustrând formele petroliere respective și provocările majore.)

4. Scenariul 3: Prelucrarea metalelor și tăierea-Ape uzate fluide

A treia categorie este apele uzate din fluide de prelucrare și tăiere a metalelor.După ce emulsiile și fluidele de tăiere în atelierele de prelucrare au fost folosite pentru o perioadă îndelungată, acestea se pot transforma într-o „bulion negru” care conține atât ulei mineral, cât și cantități mari de agenți tensioactivi și aditivi fluidi de proces-, cu emulsionare extrem de stabilă și COD ridicat. Volumul acestui tip de apă uzată poate să nu fie neapărat mare, dar dificultatea sa de tratare nu este deloc mică. Coagularea convențională și flotarea cu aer dizolvat nu reușesc adesea să realizeze o demulsionare completă, lăsând ulei rezidual în apa tratată. Avantajul ultrafiltrării ceramice aici este că este deosebit de eficientă pentru „tratarea emulsiilor”: reține picăturile stabile de ulei, în timp ce permeatul poate trece apoi la evaporare, tratament biologic sau tratament post-demulsionare. Pentru companiile de prelucrare, acest lucru poate însemna prelungirea duratei de viață a fluidului de tăiere-, reducerea generării de deșeuri periculoase și creșterea potențialului de reutilizare. Pe fundalul unei reglementări de mediu din ce în ce mai stricte, valoarea sa constă nu numai în performanța tratamentului, ci și în conformitatea cu reglementările.

5. Scenariul 4: Ape uzate de prelucrare a alimentelor și abator care conțin uleiuri animale și vegetale

A patra categorie este apele uzate care conțin uleiuri animale și vegetale din prelucrarea alimentelor, abatoare și industrii similare.Uleiul din acest tip de apă uzată este în principal grăsimi și uleiuri animale și vegetale. Temperatura este adesea relativ ridicată, în special în apele uzate fierbinți-de procesare, iar apa conține, de asemenea, solide în suspensie, proteine ​​și materie organică. Spre deosebire de uleiul mineral, uleiurile animale și vegetale au mai multe șanse să se solidifice la temperaturi scăzute și să adere la suprafața membranei, rezultând cerințe mai mari de curățare. Rezistența ridicată la temperatură și capacitatea puternică de curățare a membranelor ceramice sunt deosebit de utile aici: apa caldă sau curățarea alcalină pot topi uleiul solidificat și îndepărta materia organică aderată, permițând o bună recuperare a fluxului. Membranele ceramice sunt adesea folosite ca o barieră de filtrare-fină după separarea uleiului șiflotaţie cu aer dizolvat, reducând în continuare uleiul emulsionat rezidual și permițând permeatului să intre în tratarea biologică sau să îndeplinească cerințele de descărcare mai constant.

6. Alte aplicații care merită atenție

Pe lângă cele patru domenii de aplicare majore de mai sus, merită atenție și alte câteva scenarii.În laminarea la rece și prelucrarea metalelor, apa uzată din emulsie conține un amestec de ulei, pulbere de fier și agenți tensioactivi, ceea ce face dificilă demulsificarea și concentrațiile ridicate de fier. Deşiape uzate de cocsificareeste caracterizat în principal de fenoli și amoniac, poate conține, de asemenea, fracțiuni de ulei de tip gudron-, impunând cerințe stricte privind rezistența la murdăria membranei și rezistența chimică.Apa de santină a naveieste un flux tipic de apă uzată cu „-volum mic, conținut-înalt de petrol-, foarte fluctuant”. Este adesea tratat pe platforme mobile, punând un accent deosebit pe compactitatea sistemului și rezistența la șocuri hidraulice și de sarcină. Caracteristicile comune ale acestor aplicații sunt picăturile fine de ulei, calitatea complexă a apei și condițiile de funcționare incerte, care se întâmplă să se încadreze în zona de confort a membranelor ceramice. Cu toate acestea, trebuie de asemenea subliniat faptul că, înainte de introducerea membranelor ceramice în orice aplicație nouă, trebuie efectuate mai întâi analiza calității apei și testarea pilot pentru a confirma compatibilitatea materialului și chimic și pentru a verifica fezabilitatea strategiei de curățare înainte de extindere-. Membranele ceramice nu sunt o componentă universală „plug-and-play”.

Când aceste aplicații sunt așezate una lângă alta, devine clar că, deși par diferite, provocările lor subiacente sunt foarte consistente-toate combină „ulei fin + apă murdară + fluctuații”. Următorul tabel oferă o comparație calitativă a acestor provocări comune și logica de aplicare a membranelor ceramice.

7. Membranele ceramice rareori funcționează singure: procese de tratament combinate

Mai trebuie subliniat un punct: membranele ceramice rareori funcționează singure.Pentru aplicațiile cu conținut ridicat de -ulei-, se utilizează în mod obișnuit „separarea uleiului/DAF + membrană ceramică”. Când este necesară reutilizarea avansată a apei, se aplică adesea „membrană ceramică + osmoză inversă”. În aplicațiile cu niveluri ridicate de materie organică dizolvată, tratamentul biologic sau oxidarea avansată pot fi adăugate și în aval.Acest tip de combinație nu se referă doar la stivuirea echipamentelor, ci la a permite fiecărei etape de tratament să facă ceea ce face cel mai bine tratamentul-fizic-chimic îndepărtează cea mai mare parte a uleiului, membranele ceramice elimină uleiul emulsionat și solidele în suspensie, osmoza inversă îndepărtează sărurile dizolvate, iar tratamentul biologic degradează materia organică dizolvată. Înțelegerea acestei „diviziuni a muncii” este esențială pentru a cheltui bugetul acolo unde contează în timpul selecției sistemului, mai degrabă decât să ne așteptăm ca o etapă de tratament să se ocupe de totul.

7.1 Unde se duce concentratul? Eliminare-în buclă închisă

O altă problemă adesea trecută cu vederea care afectează în mod direct fezabilitatea proiectului este locul în care se duce concentratul. Membranele ceramice concentrează uleiul și solidele în suspensie pe partea de concentrat. Concentratul are un conținut mai mare de ulei și un volum mai mic, dar în cele din urmă trebuie eliminat-tocmai aici intervine valoarea „reducerii volumului”.O cale rezonabilă este de obicei concentrarea suplimentară sau demulsionarea concentratului mai întâi și recuperarea și reutilizarea uleiului recuperabil. Nămolul uleios greu rămas și reziduurile emulsionate sunt apoi trimise pentru eliminare conformă sau incinerare ca deșeuri periculoase sau în conformitate cu cerințele locale.Destinația, metoda de eliminare și costul concentratului ar trebui să fie încorporate în proiect în timpul etapei de selecție, mai degrabă decât să așteptați până când sistemul a fost construit pentru a descoperi că nu există unde să trimiteți concentratul. Pentru un întreg proiect de tratare a apelor uzate uleioase, ceea ce determină în cele din urmă dacă proiectul poate fi implementat nu este adesea performanța membranei în sine, ci dacă lanțul complet de „apă intră, uleiul iese, apa este refolosită și uleiul este eliminat” este închis corespunzător.

8. Selectarea aplicației: Câteva semnale calitative de luat în considerare

Mergând cu un pas mai adânc, când trebuie de fapt să selectați o soluție de tratament pentru o anumită aplicație, pur și simplu să vă uitați dacă apa „conține ulei” nu este suficient. Trebuie să luați în considerare mai multe dimensiuni calitative:cât de mult fluctuează calitatea apei, cât de ridicată este temperatura de funcționare, cât de mare este încărcarea cu ulei și solide în suspensie și cât de stricte sunt cerințele de calitate-apei din aval.Următorul tabel ajută la alinierea factorilor cheie de decizie și la evitarea investițiilor în direcția greșită.

9. A fi sincer: Limitările membranelor ceramice

Trebuie să recunoaștem cu sinceritate că membranele ceramice au și limitări în aceste aplicații: necesită o investiție inițială mai mare, sunt relativ fragile și au cerințe mai exigente de instalare și pretratare. Când conținutul de ulei este extrem de mare și uleiul este prezent în principal sub formă de ulei liber, îndepărtarea uleiului „vrac” mai întâi prin separarea uleiului și flotarea cu aer dizolvat este adesea mai economică decât aplicarea directă a unei membrane. Atunci când se întâlnesc solvenți organici puternici sau condiții de pH extreme, compatibilitatea materialului trebuie de asemenea confirmată în prealabil. Cu alte cuvinte, membranele ceramice sunt „o soluție optimă pentru apele reziduale uleioase dificil-de tratat-, nu o „soluție optimă pentru toate apele uzate uleioase”.

10. Concluzie: mai întâi evaluați apa, apoi decideți dacă folosiți o membrană

Atunci când scenariile de aplicare și metodologia sunt luate în considerare împreună, concluzia devine clară:atunci când determinați dacă o anumită aplicație ar trebui să folosească membrane ceramice, nu vă grăbiți să comparați prețurile. În schimb, reveniți la cei trei pași care s-au dovedit importanți în mod repetat-mai întâi, efectuați un bilanț al apei pentru a înțelege volumul de apă, de unde provine uleiul și unde merge concentratul; apoi, clasificați calitatea apei pentru a determina forma primară de petrol și pragul de calitate-apei din aval necesar; în cele din urmă, calculați perioada de rambursare și costul total de proprietate pentru a determina dacă economiile în ceea ce privește înlocuirea, timpul de nefuncționare și costurile de conformitate pe termen lung pot acoperi investiția inițială.Odată ce acești trei pași sunt efectuati corespunzător, devine în mod natural clar unde trebuie utilizate membranele ceramice și ce pot rezolva.