Где се користи и шта решава: Типичне индустријске примене керамичких мембрана за одвајање воде од уља

1. Технологија се мора применити на специфичне услове воде

Претходна два чланка детаљно су објашњавала „зашто изабрати керамичке мембране“ и „како оне функционишу“, али чак и најбоља технологија има вредност само када се примењује на специфичне услове воде.Керамичке мембране за одвајање уља и воденису решење{0}}за све. Њихова најпогоднија примена су токови зауљених отпадних вода које карактеришу „фине капљице уља, јако контаминирана вода и тешки услови рада“. Насупрот томе, за апликације са ниским садржајем уља, благим условима воде и ограниченим флуктуацијама, јефтиније-органске мембране или конвенционалне физичке{4}}методе хемијског третмана могу бити економичније. Овај чланак пролази кроз неколико типичних индустријских сценарија како би испитао шта керамичке мембране заправо решавају и када треба поново размотрити њихову примену.

2. Сценарио 1: Вода произведена на нафтном пољу и поновно убризгавање

Почнимо санафтна нафтна произведена вода. Ово је једно од најкласичнијих области примене керамичких мембрана. Формацијска вода се избацује на површину током производње нафте, носећи сирову нафту, формацијски песак, јоне каменца и велике количине емулговане нафте. Често такође задржава температуру формирања-већи део произведене воде је топао када доспе на површину, а неки токови могу чак бити релативно врући. Оно што ситуацију чини изазовнијом јесте њена „двострука мисија“: може и водабити поново убризган у формацију да би се одржао притисак, који поставља захтеве за суспендоване чврсте материје и садржај уља, илитретирани за поновну употребу или усаглашено пражњење, што поставља још веће захтеве за стабилност квалитета воде. Конвенционално гравитационо одвајање и флотација раствореног ваздуха често могу да изазову проблеме када се емулговано уље и велико оптерећење песком јављају заједно. Керамичке мембране су погодне за ове услове због својих хидрофилних и олеофобних карактеристика, као и отпорности на температуру и абразију. Унакрсна{3}}филтрација континуирано уклања песак и уље, док ултрафилтрација задржава емулговано уље, производећи стабилан и чистији пермеат који помаже у спречавању зачепљења формације током поновног убризгавања и штити низводне процесе током поновне употребе. У инжењерском искуству одТаихе Енвиронментал Протецтион са керамичким мембранским системима за зауљене отпадне воде, апликације које се односе на{0}}на нафтна поља чине значајан удео,управо зато што њихова потреба за „прљавим, али стабилним“ радом блиско одговара јачини керамичких мембрана.

2.1 Квалитативни захтеви за квалитет воде за поновно убризгавање

Што се тиче поновног убризгавања, вреди додати поенту о квалитативним захтевима јер су они важна основа за избор мембране у примени на нафтним пољима. Ако су суспендоване чврсте материје и садржај уља у води за поновно убризгавање превисоки, они могу зачепити поре и оштетити резервоар након убризгавања, што доводи до повећаног притиска убризгавања и смањене ефикасности поврата уља. Стога се вода за поновно убризгавање углавном фокусира на три аспекта:концентрација суспендованих чврстих материја и дистрибуција{0}}величина честица, садржај уља и компатибилност са формацијском водом,укључујући да ли може доћи до појаве каменца или бубрења глине. Вредност керамичких мембрана лежи у њиховој способности да истовремено редукују суспендоване чврсте материје и емулговано уље на стабилне и релативно ниске нивое, уз одржавање ниске флуктуације у квалитету пермеата. За нафтна поља која захтевају-дуготрајно стабилно убризгавање, ово је значајније него само привремено постизање ниске вредности. Што се тиче специфичних ограничења, она значајно варирају између нафтних поља и резервоара и морају се одредити у складу са-специфичним стандардима, а не применом једне универзалне вредности.

3. Сценарио 2: Рафинерија и петрохемијске зауљене отпадне воде

Следеће језауљене отпадне воде из рафинерија и петрохемијских објеката. Ова врста воде је сложенија од воде са нафтних поља. Поред уља, може садржати феноле, сулфиде, суспендоване ситне честице катализатора и разне друге загађиваче. Квалитет воде може значајно да варира током промене процесне{3}}јединице, а температуре такође могу бити релативно високе. Овде вредност керамичких мембрана не лежи у томе да „преузму” све загађиваче сами, већ да служе као стабилна „преграда за уклањање уља и суспендованих чврстих материја”: прво уклањају уље и честице које имају највећи утицај на низводне процесе, тако да накнадни биолошки или напредни третман може да функционише стабилније. Њихова отпорност на хемијско чишћење је овде посебно корисна јер је отпадна вода рафинерије јако контаминирана и може захтевати често чишћење. Органске мембране се могу оштетити након вишекратног чишћења, док керамичке мембране могу издржати поновљене циклусе чишћења. Наравно, отпадне воде рафинерије имају сложен састав, тако да су керамичке мембране обично „централна компонента“ комбинованог процеса пречишћавања, а не „једина“ технологија третмана. Ова разлика се мора реално препознати.

(Слика: Четири типична сценарија за зауљене отпадне воде: вода произведена на нафтним пољима, отпадна вода из рафинерија и петрохемије, отпадна вода од сечења метала-течна отпадна вода и отпадна вода од прераде хране- и клаоница, илуструјући одговарајуће облике нафте и главне изазове.)

4. Сценарио 3: Обрада метала и сечење-Флуид Вастеватер

Трећа категорија су отпадне воде од машинских и течности за сечење метала.Након што се емулзије и течности за сечење у радионицама за машинску обраду користе дужи период, могу да се претворе у „црни бујон“ који садржи и минерално уље и велике количине сурфактаната и адитива за процесне{0}}течности, са изузетно стабилном емулзификацијом и високим ЦОД. Количина ове врсте отпадних вода не мора бити велика, али тешкоћа њеног третмана никако није мала. Конвенционална коагулација и флотација раствореног ваздуха често не успевају да постигну потпуну демулзификацију, остављајући заостало уље у третираној води. Предност керамичке ултрафилтрације је у томе што је посебно ефикасна за „третман емулзија“: задржава стабилне капљице уља, док пермеат може потом да пређе на испаравање, биолошки третман или третман после-демулзификације. За компаније које се баве машинском обрадбом, ово може да значи продужење радног века-течности за сечење, смањење стварања опасног отпада и повећање потенцијала за поновну употребу. У позадини све строжије еколошке регулативе, њена вредност није само у перформансама третмана већ иу усклађености са прописима.

5. Сценарио 4: Прерада хране и отпадне воде из клаоница које садрже животињска и биљна уља

Четврта категорија су отпадне воде које садрже животињска и биљна уља из прехрамбене индустрије, кланица и сличних индустрија.Уље у овој врсти отпадних вода су углавном животињске и биљне масти и уља. Температура је често релативно висока, посебно у топлој{1}}отпадној води која се обрађује, а вода такође садржи суспендоване чврсте материје, протеине и органску материју. За разлику од минералног уља, животињска и биљна уља имају већу вероватноћу да се очврсну на ниским температурама и приањају на површину мембране, што резултира већим захтевима за чишћење. Висока{4}}отпорност на температуру и јака способност чишћења керамичких мембрана су овде посебно корисни: топлом водом или алкалним чишћењем може се растопити очврснуло уље и уклонити прилепљене органске материје, омогућавајући добар опоравак флукса. Керамичке мембране се често користе као баријера за фину{6}}филтрацију након одвајања уља ифлотација раствореног ваздуха, додатно смањујући остатке емулгованог уља и омогућавајући пермеату да уђе у биолошки третман или да конзистентније испуни захтеве за пражњење.

6. Друге апликације вредне пажње

Поред четири главне области примене изнад, неколико других сценарија је такође вредно пажње.У хладном ваљању и обради метала, емулзиона отпадна вода садржи мешавину уља, гвожђа у праху и сурфактаната, што отежава демулзификацију и отежава концентрацију гвожђа. Мадакоксне отпадне водеуглавном карактеришу феноли и амонијак, такође може да садржи фракције попут катрана-као уља, што намеће строге захтеве у погледу отпорности мембране на прљање и хемијску отпорност.Брод каљужне водеје типичан ток отпадних вода „мале-велике-садржаја-уља, веома флуктуирајућих“. Често се третира на мобилним платформама, стављајући посебан нагласак на компактност система и отпорност на хидрауличне ударе и ударе оптерећења. Заједничке карактеристике ових примена су фине капљице уља, сложен квалитет воде и неизвесни радни услови, који се дешавају да спадају у зону удобности керамичких мембрана. Међутим, такође треба нагласити да пре увођења керамичких мембрана у било коју нову примену, прво треба извршити анализу квалитета воде и пилот тестирање како би се потврдила компатибилност материјала и хемикалија и проверила изводљивост стратегије чишћења пре него -повећање. Керамичке мембране нису универзална компонента „укључи-и-ради.

Када су ове апликације постављене једна поред друге, постаје јасно да иако изгледају другачије, њихови основни изазови су веома доследни-све оне комбинују „фино уље + прљаву воду + флуктуације“. Следећа табела даје квалитативно поређење ових уобичајених изазова и логике примене керамичких мембрана.

7. Керамичке мембране ретко раде саме: комбиновани процеси третмана

Треба нагласити још једну ствар: керамичке мембране ретко раде саме.За апликације са високим садржајем-уља-, обично се користи „одвајање уља/ДАФ + керамичка мембрана“. Када је потребна напредна поновна употреба воде, често се примењује "керамичка мембрана + реверзна осмоза". У апликацијама са високим нивоом растворених органских материја, биолошки третман или напредна оксидација се такође могу додати низводно.Ова врста комбинације се не односи на једноставно слагање опреме, већ на омогућавање свакој фази третмана да ради оно што најбоље ради-физички-хемијски третман уклања највећи део уља, керамичке мембране уклањају емулговано уље и суспендоване чврсте материје, реверзна осмоза уклања растворене соли, а биолошки третман разграђује растворене органске материје. Разумевање ове „поделе рада“ је од суштинског значаја за трошење буџета тамо где је то важно током избора система, уместо да очекујете да једна фаза третмана све може да реши.

7.1 Где иде концентрат? Затворено{1}}Уклањање петље

Још једно често занемарено питање које директно утиче на изводљивост пројекта је где иде концентрат. Керамичке мембране концентришу уље и суспендоване чврсте материје на страни концентрата. Концентрат има већи садржај уља и мању запремину, али га ипак на крају треба одложити-управо ту долази до вредности „смањења запремине“.Разуман пут је обично да се прво додатно концентрише или демулгује концентрат и поврати и поново искористи уље које се може повратити. Преостали тешки зауљени муљ и емулговани остаци се затим шаљу на одлагање или спаљивање у складу са прописима као опасан отпад или у складу са локалним захтевима.Одредиште, начин одлагања и цена концентрата треба да буду укључени у пројекат током фазе селекције, уместо да се чека док се систем не изгради да би се открило да нема где да се пошаље концентрат. За цео пројекат пречишћавања зауљених отпадних вода, оно што на крају одређује да ли се пројекат може применити често није сама изведба мембране, већ да ли је комплетан ланац „вода улази, уље излази, вода се поново користи, а уље се одлаже“ правилно затворен.

8. Избор апликације: неколико квалитативних сигнала које треба узети у обзир

Ако идемо корак дубље, када заправо треба да изаберете решење за третман за одређену примену, једноставно гледање да ли вода „садржи уље“ није довољно. Морате узети у обзир неколико квалитативних димензија:колико варира квалитет воде, колико је висока радна температура, колико је велико оптерећење уља и суспендованих материја и колико су строги захтеви за квалитет воде низводно{0}}.Следећа табела помаже у усклађивању кључних фактора одлучивања и избегавању улагања у погрешном правцу.

9. Да будем искрен: ограничења керамичких мембрана

Мора се искрено признати да керамичке мембране такође имају ограничења у овим применама: захтевају веће почетне инвестиције, релативно су ломљиве и имају захтевније захтеве за уградњу и предтретман. Када је садржај уља изузетно висок и уље је углавном присутно као слободно уље, прво уклањање "великог" уља кроз одвајање уља и флотацију раствореног ваздуха је често економичније од директног наношења мембране. Када се наиђу јаки органски растварачи или екстремни пХ услови, компатибилност материјала такође мора бити потврђена унапред. Другим речима, керамичке мембране су „оптимално решење за-тешко-третирање зауљених отпадних вода“, а не „оптимално решење за све зауљене отпадне воде“.

10. Закључак: Прво процените воду, а затим одлучите да ли ћете користити мембрану

Када се сценарији примене и методологија разматрају заједно, закључак постаје јасан:када одлучујете да ли одређена апликација треба да користи керамичке мембране, немојте журити да упоредите цене. Уместо тога, вратите се на три корака који су се више пута показали важним-прво, направите равнотежу воде да бисте разумели запремину воде, одакле долази уље и где иде концентрат; затим, класификујте квалитет воде да бисте одредили примарни облик нафте и потребни ниво{2}}праг квалитета воде низводно; коначно, израчунајте период отплате и укупне трошкове власништва да бисте утврдили да ли уштеде у трошковима замене, застоја и усклађености на дужи рок могу покрити почетну инвестицију.Када се ова три корака правилно изведу, природно постаје јасно где треба користити керамичке мембране и шта оне могу да реше.