On s'utilitza i què soluciona: aplicacions industrials típiques de membranes ceràmiques per a la separació d'aigua d'oli

1. La tecnologia s'ha d'aplicar a condicions específiques de l'aigua

Els dos articles anteriors explicaven en profunditat "per què triar les membranes ceràmiques" i "com funcionen", però fins i tot la millor tecnologia només té valor quan s'aplica a condicions específiques de l'aigua.Membranes ceràmiques per a la separació d'aigua d'olino són una solució-curativa. Les seves aplicacions més adequades són els corrents d'aigua residual oliosa caracteritzats per "fines gotes d'oli, aigua fortament contaminada i condicions de funcionament dures". En canvi, per a aplicacions amb baix contingut d'oli, condicions d'aigua suaus i fluctuacions limitades, les membranes orgàniques de -cost més baix o els mètodes de tractament físic-químic convencionals poden ser més econòmics. Aquest article recorre diversos escenaris industrials típics per examinar què solucionen realment les membranes ceràmiques i quan s'ha de reconsiderar la seva aplicació.

2. Escenari 1: Aigua produïda per jaciments petroliers i reinjecció

Comencem ambjaciment petrolier produïa aigua. Aquesta és una de les àrees d'aplicació més clàssiques de les membranes ceràmiques. L'aigua de formació es porta a la superfície durant la producció de petroli, transportant petroli cru, sorra de formació, ions incrustats i grans quantitats d'oli emulsionat. Sovint també manté la temperatura de formació-gran part de l'aigua produïda és calenta quan arriba a la superfície, i alguns rierols fins i tot poden ser relativament calents. El que fa que la situació sigui més difícil és la seva "doble missió": l'aigua tampoctornar a injectar a la formació per mantenir la pressió, que estableix requisits sobre sòlids en suspensió i contingut d'oli, otractats per a la seva reutilització o descàrrega conforme, que exigeix ​​encara més l'estabilitat de la qualitat de l'aigua. La separació per gravetat convencional i la flotació d'aire dissolt sovint poden tenir problemes quan l'oli emulsionat i la càrrega elevada de sorra es produeixen junts. Les membranes ceràmiques s'adapten bé a aquestes condicions per les seves característiques hidròfiles i oleòfobes, així com per la seva resistència a la temperatura i a l'abrasió. La filtració de flux-creuat escombra contínuament la sorra i l'oli, mentre que l'ultrafiltració reté l'oli emulsionat, produint un permeat estable i més net que ajuda a prevenir l'obturació de la formació durant la reinjecció i protegeix els processos aigües avall durant la reutilització. En l'experiència d'enginyeria deTaihe Environmental Protection amb sistemes de membranes ceràmiques per a aigües residuals greixoses, les aplicacions relacionades amb jaciments petroliers{0}}ocupen una proporció significativa,precisament perquè la seva necessitat d'un funcionament "brut però estable" coincideix molt amb les forces de les membranes ceràmiques.

2.1 Requisits qualitatius per a la qualitat de l'aigua de reinjecció

Pel que fa a la reinjecció, val la pena afegir un punt sobre els requisits qualitatius perquè són una base important per a la selecció de membranes en aplicacions de camps petroliers. Si els sòlids en suspensió i el contingut d'oli a l'aigua de reinjecció són massa alts, poden obstruir els porus i danyar el dipòsit després de la injecció, cosa que augmenta la pressió d'injecció i redueix l'eficiència de recuperació del petroli. Per tant, l'aigua de reinjecció se centra generalment en tres aspectes:concentració de sòlids en suspensió i distribució de la mida-de partícules, contingut d'oli i compatibilitat amb l'aigua de formació,inclòs si es pot produir descamació o inflor d'argila. El valor de les membranes ceràmiques rau en la seva capacitat de reduir simultàniament els sòlids en suspensió i l'oli emulsionat a nivells estables i relativament baixos, mantenint unes fluctuacions baixes en la qualitat del permeat. Per als jaciments de petroli que requereixen una injecció estable a llarg termini-, això és més significatiu que aconseguir un valor baix només temporalment. Pel que fa als límits específics, varien significativament entre jaciments petrolífers i embassaments i s'han de determinar segons estàndards específics del lloc-en lloc d'aplicar un valor universal únic.

3. Escenari 2: Aigües residuals petrolieres de refineria i petroquímica

El següent ésaigües residuals olioses de refineries i instal·lacions petroquímiques. Aquest tipus d'aigua és més complexa que l'aigua dels jaciments petroliers. A més del petroli, pot contenir fenols, sulfurs, catalitzadors fins en suspensió i diversos altres contaminants. La qualitat de l'aigua pot fluctuar significativament durant el canvi d'unitat-del procés, i les temperatures també poden ser relativament altes. Aquí, el valor de les membranes ceràmiques no rau en "assumir" tots els contaminants per si sols, sinó en servir com a "barrera d'eliminació d'oli i sòlids en suspensió" estable: eliminar primer l'oli i les partícules que tenen un major impacte en els processos aigües avall, de manera que el tractament biològic o avançat posterior pugui funcionar de manera més constant. La seva resistència a la neteja química és especialment útil aquí perquè les aigües residuals de la refineria estan molt contaminades i poden requerir una neteja freqüent. Les membranes orgàniques es poden danyar després de la neteja repetida, mentre que les membranes ceràmiques poden suportar cicles de neteja repetits. Per descomptat, les aigües residuals de la refineria tenen una composició complexa, de manera que les membranes ceràmiques solen ser el "component central" d'un procés de tractament combinat més que l'"única" tecnologia de tractament. Aquesta distinció s'ha de reconèixer de manera realista.

(Figura: quatre escenaris típics d'aigües residuals petrolieres: aigua produïda per jaciments petrolífers, aigües residuals de refineries i petroquímiques, aigües residuals-fluides de tall de metalls i aigües residuals-de processament d'aliments i escorxadors, que il·lustren les respectives formes de petroli i els principals reptes.)

4. Escenari 3: treball del metall i tall-Aigües residuals fluides

La tercera categoria són les aigües residuals de fluids de mecanitzat i tall de metalls.Després d'utilitzar emulsions i fluids de tall als tallers de mecanitzat durant un període prolongat, poden convertir-se en un "brou negre" que conté tant oli mineral com grans quantitats de tensioactius i additius de fluids de procés-, amb una emulsificació extremadament estable i un DQO elevat. El volum d'aquest tipus d'aigües residuals pot no ser necessàriament gran, però la seva dificultat de tractament no és en absolut baixa. La coagulació convencional i la flotació d'aire dissolt sovint no aconsegueixen una demulsificació completa, deixant l'oli residual a l'aigua tractada. L'avantatge de l'ultrafiltració ceràmica aquí és que és especialment eficaç per al "tractament d'emulsions": reté les gotes d'oli estables, mentre que el permeat pot passar a l'evaporació, tractament biològic o tractament post-demulsificació. Per a les empreses de mecanitzat, això pot significar allargar la vida útil del fluid de tall-, reduir la generació de residus perillosos i augmentar el potencial de reutilització. En un context de regulació mediambiental cada cop més estricte, el seu valor rau no només en el rendiment del tractament sinó també en el compliment de la normativa.

5. Escenari 4: aigües residuals de processament d'aliments i escorxadors que contenen olis animals i vegetals

La quarta categoria són les aigües residuals que contenen olis animals i vegetals de processament d'aliments, escorxadors i indústries similars.L'oli d'aquest tipus d'aigües residuals són principalment greixos i olis animals i vegetals. La temperatura sovint és relativament alta, especialment a les aigües residuals de processament-calentes, i l'aigua també conté sòlids en suspensió, proteïnes i matèria orgànica. A diferència de l'oli mineral, els olis animals i vegetals tenen més probabilitats de solidificar-se a baixes temperatures i d'adherir-se a la superfície de la membrana, donant lloc a majors necessitats de neteja. L'alta-resistència a la temperatura i la forta capacitat de neteja de les membranes ceràmiques són especialment útils aquí: l'aigua tèbia o la neteja alcalina poden fondre l'oli solidificat i eliminar la matèria orgànica adherida, permetent una bona recuperació del flux. Les membranes ceràmiques s'utilitzen sovint com a barrera de-filtració fina després de la separació d'oli iflotació per aire dissolt, reduint encara més l'oli emulsionat residual i permetent que el permeat entri en tractament biològic o compleixi els requisits de descàrrega de manera més consistent.

6. Altres aplicacions que mereixen atenció

A més de les quatre àrees d'aplicació principals anteriors, també mereixen atenció diversos altres escenaris.En laminació en fred i processament de metalls, les aigües residuals d'emulsió contenen una barreja d'oli, pols de ferro i tensioactius, cosa que dificulta la demulsificació i les concentracions de ferro elevades. Encara queaigües residuals de coces caracteritza principalment per fenols i amoníac, també pot contenir fraccions d'oli com el quitrà-, imposant requisits estrictes sobre la resistència a l'encrassement de la membrana i la resistència química.Aigua de sentina del vaixellés un corrent típic d'aigües residuals de "petit-volum, alt-contingut-de petroli i molt fluctuant". Sovint es tracta en plataformes mòbils, posant especial èmfasi en la compacitat del sistema i la resistència als cops hidràulics i de càrrega. Les característiques comunes d'aquestes aplicacions són les gotes fines d'oli, la qualitat de l'aigua complexa i les condicions de funcionament incertes, que es troben dins de la zona de confort de les membranes ceràmiques. Tanmateix, també s'ha de subratllar que abans d'introduir membranes ceràmiques en qualsevol aplicació nova, primer s'han de dur a terme l'anàlisi de la qualitat de l'aigua i les proves pilot per confirmar la compatibilitat dels materials i els productes químics i verificar la viabilitat de l'estratègia de neteja abans d'ampliar-la-. Les membranes ceràmiques no són un component universal d'ús-i-per jugar.

Quan aquestes aplicacions es posen una al costat de l'altra, queda clar que, tot i que semblen diferents, els seus reptes subjacents són molt consistents-totes combinen "oli fi + aigua bruta + fluctuacions". La taula següent proporciona una comparació qualitativa d'aquests reptes comuns i la lògica d'aplicació de les membranes ceràmiques.

7. Les membranes ceràmiques rarament funcionen soles: processos de tractament combinats

Cal destacar un punt més: les membranes ceràmiques rarament funcionen soles.Per a aplicacions d'alt contingut de -oli-, s'utilitza habitualment "separació d'oli/DAF + membrana ceràmica". Quan es requereix una reutilització avançada de l'aigua, sovint s'aplica "membrana ceràmica + osmosi inversa". En aplicacions amb alts nivells de matèria orgànica dissolta, també es pot afegir tractament biològic o oxidació avançada aigües avall.Aquest tipus de combinació no es tracta simplement d'apilar equips, sinó de permetre que cada etapa de tractament faci el que millor fa, el tractament-físic-químic elimina la major part de l'oli, les membranes ceràmiques eliminen l'oli emulsionat i els sòlids en suspensió, l'osmosi inversa elimina les sals dissoltes i el tractament biològic degrada la matèria orgànica dissolta. Entendre aquesta "divisió del treball" és essencial per gastar el pressupost on és important durant la selecció del sistema, en lloc d'esperar que una etapa de tractament ho faci tot.

7.1 On va el concentrat? Eliminació de-bucle tancat

Un altre tema que sovint es passa per alt que afecta directament la viabilitat del projecte és cap a on va el concentrat. Les membranes ceràmiques concentren l'oli i els sòlids en suspensió al costat del concentrat. El concentrat té un contingut d'oli més alt i un volum més petit, però finalment s'ha d'eliminar-aquí és precisament on entra el valor de la "reducció de volum".Una via raonable sol ser concentrar o demulsionar més el concentrat primer i recuperar i reutilitzar l'oli recuperable. A continuació, els llots oliosos i els residus emulsionats restants s'envien per a la seva eliminació o incineració com a residus perillosos o segons els requisits locals.La destinació, el mètode d'eliminació i el cost del concentrat s'han d'incorporar al projecte durant l'etapa de selecció, en lloc d'esperar fins que s'hagi construït el sistema per descobrir que no hi ha cap lloc on enviar el concentrat. Per a tot un projecte de tractament d'aigües residuals olioses, el que en última instància determina si el projecte es pot implementar sovint no és el rendiment de la membrana en si, sinó si la cadena completa de "l'aigua entra, l'oli surt, l'aigua es reutilitza i l'oli s'elimina" està correctament tancada.

8. Selecció de l'aplicació: diversos senyals qualitatius a considerar

Anant un pas més enllà, quan realment necessiteu seleccionar una solució de tractament per a una aplicació específica, simplement mirar si l'aigua "conté oli" no és suficient. Heu de tenir en compte diverses dimensions qualitatives:quant oscil·la la qualitat de l'aigua, quina és la temperatura d'operació alta, quina és la càrrega d'oli i sòlids en suspensió i fins a quin punt són estrictes els requisits de qualitat de l'aigua-avall.La taula següent ajuda a alinear els factors clau de decisió i evitar invertir en la direcció equivocada.

9. Ser honest: les limitacions de les membranes ceràmiques

Cal reconèixer sincerament que les membranes ceràmiques també tenen limitacions en aquestes aplicacions: requereixen una inversió inicial més elevada, són relativament fràgils i tenen requisits d'instal·lació i pretractament més exigents. Quan el contingut d'oli és extremadament alt i l'oli està present principalment com a oli lliure, eliminar primer l'oli "a granel" mitjançant la separació d'oli i la flotació d'aire dissolt sovint és més econòmic que aplicar una membrana directament. Quan es troben dissolvents orgànics forts o condicions de pH extremes, també s'ha de confirmar per endavant la compatibilitat del material. En altres paraules, les membranes ceràmiques són una "solució òptima per a les aigües residuals grasses de difícil--tractament", no una "solució òptima per a totes les aigües residuals grasses".

10. Conclusió: primer avalueu l'aigua i després decidiu si s'utilitza una membrana

Quan es consideren conjuntament els escenaris d'aplicació i la metodologia, la conclusió queda clara:a l'hora de determinar si una aplicació en particular ha d'utilitzar membranes ceràmiques, no us preneu a comparar preus. En comptes d'això, torneu als tres passos que han demostrat ser importants en repetides ocasions-primer, feu un balanç d'aigua per entendre el volum d'aigua, d'on prové l'oli i on va el concentrat; a continuació, classifiqueu la qualitat de l'aigua per determinar la forma primària del petroli i el llindar de qualitat de l'aigua aigües avall-necessari; finalment, calculeu el període d'amortització i el cost total de propietat per determinar si els estalvis en els costos de substitució, temps d'inactivitat i compliment a llarg termini poden cobrir la inversió inicial.Un cop realitzats correctament aquests tres passos, queda clar on s'han d'utilitzar les membranes ceràmiques i què poden resoldre.