Къде се използва и какво решава: Типични промишлени приложения на керамични мембрани за разделяне на масло и вода

1. Технологията трябва да се прилага при специфични водни условия

Предишните две статии обясниха в дълбочина „защо да изберем керамични мембрани“ и „как работят“, но дори и най-добрата технология има стойност само когато се прилага към специфични водни условия.Керамични мембрани за сепарация на масло и водане са лек{0}}решение. Техните най-подходящи приложения са маслени потоци от отпадъчни води, характеризиращи се с "фини маслени капчици, силно замърсена вода и тежки работни условия". Обратно, за приложения с ниско съдържание на масло, условия на мека вода и ограничени колебания, органичните мембрани с по-ниска-цена или конвенционалните методи за физико-химическо третиране може да са по-икономични. Тази статия разглежда няколко типични индустриални сценария, за да проучи какво всъщност решават керамичните мембрани и кога тяхното приложение трябва да бъде преразгледано.

2. Сценарий 1: Произведена вода от нефтени находища и повторно инжектиране

Да започнем свода, произведена от нефтени находища. Това е една от най-класическите области на приложение на керамичните мембрани. Водата от пласта се извежда на повърхността по време на добива на нефт, като носи суров нефт, пясък от пласта, йони за натрупване и големи количества емулгирано масло. Често също така запазва температурата на образуване-голяма част от произведената вода е топла, когато достигне повърхността, а някои потоци може дори да са относително горещи. Това, което прави ситуацията по-предизвикателна, е нейната „двойна мисия“: водата също можеда се инжектира отново във формацията, за да се поддържа налягането, който поставя изисквания за съдържанието на неразтворени твърди вещества и масло, илитретиран за повторна употреба или за изхвърляне в съответствие с изискванията, което поставя още по-високи изисквания към стабилността на качеството на водата. Конвенционалното гравитационно разделяне и флотацията на разтворен въздух често могат да имат затруднения, когато емулгираният нефт и високото натоварване на пясък се появят заедно. Керамичните мембрани са много подходящи за тези условия поради своите хидрофилни и олеофобни характеристики, както и тяхната устойчивост на температура и абразия. Филтрирането на кръстосан-поток непрекъснато измива пясъка и маслото, докато ултрафилтрацията задържа емулгирано масло, произвеждайки стабилен и по-чист пермеат, който помага за предотвратяване на запушване на пласта по време на повторно инжектиране и защитава процесите надолу по веригата по време на повторна употреба. В инженерния опит наОпазване на околната среда Taihe с керамични мембранни системи за нефтени отпадъчни води, приложения,-свързани с нефтени полета, представляват значителна част,точно защото тяхната необходимост както от "мръсна, но стабилна" работа съответства точно на силните страни на керамичните мембрани.

2.1 Качествени изисквания за качеството на водата за повторно инжектиране

Що се отнася до повторното инжектиране, струва си да се добави точка относно качествените изисквания, тъй като те са важна основа за избор на мембрана в приложения на нефтени находища. Ако съдържанието на суспендирани твърди вещества и масло във водата за повторно инжектиране е твърде високо, те могат да запушат гърлата на порите и да повредят резервоара след инжектиране, което води до повишено налягане при впръскване и намалена ефективност на възстановяване на маслото. Следователно повторното инжектиране на вода обикновено се фокусира върху три аспекта:концентрация на суспендирани твърди вещества и разпределение-размер на частиците, съдържание на нефт и съвместимост с пластова вода,включително дали може да възникне образуване на котлен камък или набъбване на глина. Стойността на керамичните мембрани се крие в способността им едновременно да намаляват суспендираните твърди частици и емулгираното масло до стабилни и относително ниски нива, като същевременно поддържат ниски колебания в качеството на пермеата. За петролни находища, изискващи дългосрочно-стабилно инжектиране, това е по-смислено от постигането на ниска стойност само временно. Що се отнася до специфичните граници, те варират значително между петролните полета и резервоарите и трябва да се определят според-специфичните за обекта стандарти, а не чрез прилагане на една единствена универсална стойност.

3. Сценарий 2: Отпадъчни води от рафинерии и нефтохимика

Следващото емазни отпадъчни води от рафинерии и нефтохимически съоръжения. Този тип вода е по-сложна от водата от нефтените находища. В допълнение към маслото, той може да съдържа феноли, сулфиди, суспендирани каталитични частици и различни други замърсители. Качеството на водата може да се колебае значително по време на-превключването на модулите на процеса, а температурите също могат да бъдат относително високи. Тук стойността на керамичните мембрани не се състои в „поемането“ на всички замърсители самостоятелно, а в това да служат като стабилна „преграда за премахване на масло и суспендирани твърди частици“: премахване първо на маслото и частиците, които имат най-голямо въздействие върху процесите надолу по веригата, така че последващото биологично или усъвършенствано третиране да може да работи по-стабилно. Тяхната устойчивост на химическо почистване е особено полезна тук, тъй като отпадъчните води от рафинериите са силно замърсени и може да изискват често почистване. Органичните мембрани могат да се повредят след многократно почистване, докато керамичните мембрани могат да издържат на повтарящи се цикли на почистване. Разбира се, отпадъчните води от рафинерии имат сложен състав, така че керамичните мембрани обикновено са "централният компонент" на комбинирания процес на пречистване, а не "единствената" технология за пречистване. Това разграничение трябва да се признае реалистично.

(Фигура: Четири типични сценария за мазни отпадъчни води: вода от нефтени находища, отпадъчни води от рафинерии и нефтохимикали, отпадъчни води от металообработване-флуиди и-преработка на храни и отпадъчни води от кланици, илюстриращи съответните форми на петрол и основни предизвикателства.)

4. Сценарий 3: Металообработване и рязане-Течни отпадъчни води

Третата категория са отпадъчни води от флуиди за обработка и рязане на метали.След като емулсиите и флуидите за рязане в цеховете за обработка са били използвани за продължителен период от време, те могат да се превърнат в „черен бульон“, съдържащ както минерално масло, така и големи количества повърхностноактивни вещества и добавки за-течности за процес, с изключително стабилно емулгиране и висок COD. Обемът на този тип отпадъчни води може да не е непременно голям, но трудността на пречистването им в никакъв случай не е ниска. Конвенционалната коагулация и флотацията с разтворен въздух често не успяват да постигнат пълно деемулгиране, оставяйки остатъчно масло в третираната вода. Предимството на керамичната ултрафилтрация тук е, че е особено ефективна за „третиране на емулсии“: тя задържа стабилни маслени капки, докато пермеатът след това може да премине към изпаряване, биологично третиране или третиране след -демулгиране. За машинните компании това може да означава удължаване на експлоатационния живот на флуида за рязане, намаляване на генерирането на опасни отпадъци и увеличаване на потенциала за повторна употреба. На фона на все по-строгото регулиране на околната среда, стойността му се състои не само в ефективността на лечението, но и в съответствието с нормативните изисквания.

5. Сценарий 4: Отпадъчни води от преработка на храни и кланици, съдържащи животински и растителни масла

Четвъртата категория са отпадъчни води, съдържащи животински и растителни масла от хранително-вкусовата промишленост, кланиците и подобни индустрии.Маслото в този тип отпадъчни води е предимно животински и растителни мазнини и масла. Температурата често е сравнително висока, особено в горещи-отпадъчни води от преработка, а водата също съдържа суспендирани твърди вещества, протеини и органични вещества. За разлика от минералното масло, животинските и растителните масла са по-склонни да се втвърдят при ниски температури и да залепнат за повърхността на мембраната, което води до по-високи изисквания за почистване. Устойчивостта на висока -температура и силната почистваща способност на керамичните мембрани са особено полезни тук: топлата вода или алкалното почистване може да разтопи втвърденото масло и да премахне полепналата органична материя, което позволява добро възстановяване на потока. Керамичните мембрани често се използват като фина -преграда за филтриране след отделяне на масло ифлотация на разтворен въздух, допълнително намалявайки остатъчното емулгирано масло и позволявайки на пермеата да влезе в биологично третиране или да отговаря на изискванията за изхвърляне по-последователно.

6. Други приложения, които си заслужават внимание

В допълнение към четирите основни области на приложение по-горе, няколко други сценария също заслужават внимание.При студено валцуване и обработка на метали, емулсионните отпадъчни води съдържат смес от масло, железен прах и повърхностно активни вещества, което прави деемулгирането трудно и концентрациите на желязо високи. въпреки чеотпадъчни води от коксуванесе характеризира главно с феноли и амоняк, може също да съдържа фракции, подобни на катран-, което налага строги изисквания за устойчивост на замърсяване на мембраната и химическа устойчивост.Корабна трюмна водае типичен поток от отпадъчни води с „малък{0}}обем, високо-маслено-съдържание, силно колебание. Често се третира на мобилни платформи, като се набляга особено на компактността на системата и устойчивостта на хидравлични и товарни удари. Общите характеристики на тези приложения са фини маслени капчици, сложно качество на водата и несигурни работни условия, които случайно попадат в комфортната зона на керамичните мембрани. Трябва обаче също така да се подчертае, че преди въвеждането на керамични мембрани във всяко ново приложение, първо трябва да се извършат анализ на качеството на водата и пилотни тестове, за да се потвърди материалната и химическата съвместимост и да се провери осъществимостта на стратегията за почистване преди-увеличаване. Керамичните мембрани не са универсален компонент „plug{8}}and-play“.

Когато тези приложения се подредят едно до друго, става ясно, че въпреки че изглеждат различни, техните основни предизвикателства са много последователни-всички те комбинират „фино масло + мръсна вода + колебания“. Следната таблица предоставя качествено сравнение на тези общи предизвикателства и логиката на приложение на керамичните мембрани.

7. Керамичните мембрани рядко работят сами: комбинирани процеси на обработка

Трябва да се подчертае още един момент: керамичните мембрани рядко работят сами.За приложения с високо-масло-съдържание обикновено се използва „отделяне на масло/DAF + керамична мембрана“. Когато се изисква усъвършенствано повторно използване на водата, често се прилага "керамична мембрана + обратна осмоза". При приложения с високи нива на разтворена органична материя, биологично третиране или усъвършенствано окисление също може да се добави надолу по веригата.Този тип комбинация не означава просто подреждане на оборудване, а позволява на всеки етап на обработка да прави това, което прави най-добре-физическата-химическа обработка премахва по-голямата част от маслото, керамичните мембрани премахват емулгирано масло и суспендирани твърди частици, обратната осмоза премахва разтворените соли, а биологичното третиране разгражда разтворената органична материя. Разбирането на това „разделение на труда“ е от съществено значение за изразходването на бюджета там, където има значение, по време на избора на система, вместо да очакваме един етап на лечение да се справи с всичко.

7.1 Къде отива концентратът? Изхвърляне на-затворен цикъл

Друг често пренебрегван въпрос, който пряко засяга осъществимостта на проекта, е къде отива концентратът. Керамичните мембрани концентрират масло и суспендирани твърди частици от страната на концентрата. Концентратът има по-високо съдържание на масло и по-малък обем, но все пак в крайна сметка трябва да се изхвърли-именно тук идва стойността на „намаляването на обема“.Разумният път обикновено е първо допълнително концентриране или деемулгиране на концентрата и възстановяване и повторно използване на възстановимото масло. Останалата тежка мазна утайка и емулгираните остатъци след това се изпращат за съвместимо обезвреждане или изгаряне като опасен отпадък или според местните изисквания.Дестинацията, методът на обезвреждане и цената на концентрата трябва да бъдат включени в проекта по време на етапа на подбор, вместо да се чака, докато системата бъде изградена, за да открие, че няма къде да се изпрати концентратът. За целия проект за пречистване на мазни отпадъчни води това, което в крайна сметка определя дали проектът може да бъде изпълнен, често не е самата производителност на мембраната, а дали цялата верига от „влизане на вода, масло изтича, вода се използва повторно и масло се изхвърля“ е правилно затворена.

8. Избор на приложение: Няколко качествени сигнала за разглеждане

Отивайки една стъпка по-дълбоко, когато всъщност трябва да изберете разтвор за третиране за конкретно приложение, просто да проверите дали водата „съдържа масло“ не е достатъчно. Трябва да имате предвид няколко качествени измерения:колко варира качеството на водата, колко висока е работната температура, колко високо е натоварването с нефт и суспендирани твърди частици и колко строги са изискванията за-качество на водата надолу по течението.Следната таблица помага да се съгласуват ключовите фактори за вземане на решения и да се избегне инвестирането в грешна посока.

9. Да бъда честен: Ограниченията на керамичните мембрани

Трябва честно да се признае, че керамичните мембрани също имат ограничения в тези приложения: те изискват по-висока първоначална инвестиция, относително са крехки и имат по-взискателни изисквания за монтаж и предварителна обработка. Когато съдържанието на масло е изключително високо и маслото присъства главно като свободно масло, отстраняването на "насипното" масло първо чрез маслоотделяне и флотация с разтворен въздух често е по-икономично от директното прилагане на мембрана. Когато се срещнат силни органични разтворители или екстремни условия на pH, съвместимостта на материала също трябва да бъде потвърдена предварително. С други думи, керамичните мембрани са „оптимално решение за трудни-за-третиране мазни отпадъчни води“, а не „оптимално решение за всички мазни отпадъчни води“.

10. Заключение: Първо оценете водата, след това решете дали да използвате мембрана

Когато сценариите на приложение и методологията се разглеждат заедно, заключението става ясно:когато определяте дали определено приложение трябва да използва керамични мембрани, не бързайте да сравнявате цените. Вместо това се върнете към трите стъпки, които многократно са се оказвали важни-първо, направете воден баланс, за да разберете водния обем, откъде идва маслото и къде отива концентратът; след това класифицирайте качеството на водата, за да определите първичната форма на нефта и необходимия праг на качеството на водата надолу по течението;- накрая, изчислете периода на изплащане и общите разходи за притежание, за да определите дали спестяванията от подмяна, престой и разходи за съответствие в дългосрочен план могат да покрият първоначалната инвестиция.След като тези три стъпки се извършат правилно, естествено става ясно къде трябва да се използват керамичните мембрани и какво могат да решат.