Kako to funkcionira: principi filtracije i sastav sistema keramičkih membrana za odvajanje ulja od vode

1. Prvo, raspršite intuiciju: nesporazum "sito".

Mnogi ljudi, kada prvi put vide keramičke membrane za uklanjanje ulja, intuitivno misle o njima kao o "sito"-ulje je veliko, voda je mala, pa se ulje zadržava i voda prolazi. Ova analogija nije pogrešna, ali propušta najkritičniju polovinu: u zauljenim otpadnim vodama, ono što je zaista teško zadržati nisu velike kapljice ulja, već submikronsko emulgirano ulje stabilizirano surfaktantima; ono što zaista određuje uspjeh ili neuspjeh također nije "da li su pore dovoljno male", već "da li će ulje zaprljati membranu i, kada se zaprlja, može li se očistiti." Da jasno objasnim kakokeramičke membrane za odvajanje ulja od vodeposao, mora se početi s njihovom osnovnom radnjom-poprečnim-filtriranjem.

2.Unakrsni-Filtracija protoka: ne "slepa-ugaona," već "teče dok se čisti"

Unakrsna{0}}filtracija je potpuno drugačija od "filtriranja{1}}slijepog kraja" koja se koristi kod kuće za filtriranje sojinog mlijeka. U-filtraciji u mrtvom kraju, tekućina za napajanje se gura ravno na površinu membrane, a voda i ulje udaraju u istom smjeru; ulje se brzo nakuplja u kolač na površini membrane, a fluks se strmoglavi -kao liticu. U poprečnom -filtraciji, napojna tečnost teče "bočno" duž površine membrane velikom brzinom; Voda se pod pritiskom pokreće da prođe okomito kroz membranu i postane bistri permeat, dok se kapljice ulja i zagađivači kontinuirano uklanjaju ovom posmičnom silom paralelnom s površinom membrane i ispuštaju s koncentratom. Drugim riječima, membrana ne "hvata" pasivno kontaminante; aktivno "odbacuje zagađivače". Ovo je posebno kritično za zauljenu otpadnu vodu: kada se ulje proširi po površini membrane, izuzetno ga je teško ukloniti, a poprečni -smicanje je upravo prva linija odbrane od širenja ulja. To je također razlog zašto tretman zauljenih otpadnih voda gotovo uvijek koristi poprečni tok, a ne slijepu ulicu-.

Slika: Tipičan tok procesa u sistemu za odvajanje ulja-ulje sa keramičkom membranom: sirova zauljena voda ulazi u membranski modul nakon prethodnog tretmana; pod unakrsnim -smicanjem, bistra tečnost prodire kroz membranu i postaje proizvodna voda, dok se koncentrovano ulje i zagađivači ispuštaju sa strane koncentrata, a sistem se može povezati na nizvodnu reverznu osmozu ili fazu biološke obrade.

2.1 Polarizacija koncentracije i kritični tok

Unakrsna{0}}filtracija također donosi dva koncepta koja se moraju razumjeti; inače se mnoge pojave na terenu ne mogu objasniti. Prva je koncentracijska polarizacija: voda prolazi kroz membranu, dok se ulje i suspendirane čvrste tvari zadržavaju blizu površine membrane; što je bliže površini membrane, to je veća koncentracija, formirajući gradijent koncentracije. Ovaj gradijent povećava otpornost na permeaciju i smanjuje fluks, ali je sam po sebi reverzibilan; jednom kada smicanje poprečnog toka-razrijedi granični sloj, fluks se može oporaviti. Drugi je kritični fluks: postoji prag protoka ispod kojeg se zagađivanje polako akumulira i sistem ostaje stabilan na duži rok; iznad nje, onečišćenje se brzo pojačava i čišćenje postaje učestalo. U inženjeringu je bolje djelovati nježno ispod kritičnog fluksa nego slijediti privremeni visoki fluks. Ova dva koncepta su ključ za razumijevanje "zašto je keramičkim membranama potreban poprečni -protok" i "zašto se ne može jednostavno nastaviti povećavati pritisak", a također objašnjavaju zašto je pilot{8}} istraživanje posebno važno za sisteme za zauljene otpadne vode.

3.Mikrofiltracija i ultrafiltracija: U kojoj mjeri se zadržava ulje?

Dakle, u kojoj mjeri membrane zapravo zadržavaju ulje? Ovo se svodi na podelu rada između mikrofiltracije (MF) i ultrafiltracije (UF). MF ima relativno veće pore i uglavnom zadržava suspendirane čvrste tvari, velike kapljice ulja i dio dispergovanog ulja; UF ima finije pore, koje spadaju u raspon veličina kapljica emulgovanog ulja, i glavna je sila za zadržavanje submikronskog emulgovanog ulja. Opsezi mikrofiltracije i ultrafiltracije koji se obično koriste u keramičkim membranama su upravo neprijatelj "najfinijeg dijela ulja" u zauljenim otpadnim vodama. Tabela u nastavku navodi kvalitativne razlike između njih kako bi vam pomogla da prvo odredite "u kojoj mjeri se ulje zadržava" tokom odabira.

3.1 Veličina pora nije što manja to bolja

Treba napomenuti da veličina pora nije što manja to bolje. Što je membrana gušća, to je veća otpornost na prodiranje vode, veća je potrošnja energije i lakše se začepljuje premošćavanjem finih zagađivača. U inženjeringu je princip „taman dovoljan“: prvo koristite predtretman za uklanjanje velikih čestica i slobodnog ulja, a zatim pustite keramičku ultrafiltraciju da se fokusira na rješavanje najtežih emulgiranih ulja, umjesto da očekujete da će jedna membrana učiniti sve. Ovo je ujedno i najosnovniji koncept "stage" u dizajnu sistema keramičke membrane za tretman zauljenih otpadnih voda.

4. Od jedne membrane do kompletnog sistema

Skaliranje jedne membrane do kompletnog sistema zapravo nije misteriozno u sastavu, ali svaki dio ima svoje posebnosti. Prvi dio je membranski modul i membranski element. Keramičke membrane se uglavnom pojavljuju kao više-kanalni cijevni elementi u obliku saća; tečnost za napajanje teče kroz kanale, a voda prodire kroz zid cijevi-ova struktura je otporna na zaprljavanje-i lako se čisti, što je čini posebno pogodnom za prljavu vodu. Drugi dio je dovodna pumpa i poprečna -petlja, koja obezbjeđuje dvije stvari: transmembransku razliku tlaka potrebnu da se dovodna tekućina progura kroz membranu, i brzina smicanja potrebna na površini membrane; ako je brzina smicanja nedovoljna, ulje će se zalijepiti za membranu. Treći dio je sakupljanje bistre tečne strane i strane koncentrata; bistra tečnost ide u ponovnu upotrebu ili u nizvodne procese, a koncentrirana voda se ispušta s uljem. Četvrti dio je jedinica za čišćenje (CIP), koja je tajno oružje koje čini keramičke membrane "izdržljivim u upotrebi"-može isprati fluks nazad kiselinom i alkalijom prije nego što se prljavština nakupi do tačke koja utiče na rad.

Na nivou membranskog modula, oblik keramičkih membrana je obično više-kanalni cevasti ili saćasti monolitni elementi, a ne ravni listovi ili šuplja vlakna. Prednosti ovog oblika su jednostavne: velika brzina protoka i snažno smicanje unutar kanala, što ga čini posebno pogodnim za prljavu vodu; kada se ljuska na zidu cijevi ili ulje zalijepi, može se očistiti na mreži pomoću mehaničkih spužvastih kuglica, što organske membrane ne mogu učiniti; iako gustina pakovanja nije tako visoka kao kod šupljih vlakana, ono što se dobija zauzvrat je otpornost na začepljenje, lako čišćenje i dug radni vek. Prilikom odabira, morate odmjeriti fluks, otisak i pogodnost čišćenja, umjesto da gledate samo jednu stavku. Za "prljav posao" kao što je zauljena otpadna voda, cevaste ili višekanalne keramičke membrane su često realniji izbor.

Kontrola prljanja je dnevna glavna linija cijelog sistema. Tokom normalnog rada, smicanje poprečnog toka - obezbjeđuje "online" prevenciju zarastanja; periodično, permeat se koristi za povratno ispiranje kako bi se otklonili plitki zagađivači na površini membrane, postižući "kratkoročni-oporavak"; kada povratno ispiranje više ne može suzbiti pad toka, aktivira se kemijsko čišćenje (CIP), korištenjem odgovarajućih koncentracija kiseline, lužine ili oksidansa za otapanje i uklanjanje organskog uljnog mulja, kamenca i mikrobne sluzi. Razlog zašto se keramičke membrane usuđuju koristiti snažno čišćenje je taj što su neorganski materijali robusni; ako bi se organske membrane čistile tako agresivno, često bi se oštetile pri svakom čišćenju. Iz tog razloga, nepovratna zaprljanja se akumuliraju polako u keramičkim membranama, kriva opadanja toka je nježna, a dugoročna operativna "predvidljivost" je daleko bolja od one kod organskih membrana-ovo je od ogromne vrijednosti za proizvodne linije koje zahtijevaju stabilnu usklađenost.

4.1 Strategija čišćenja: CIP nije "ispiranje kada je prljavo"

Konkretno što se tiče strategije čišćenja, CIP nije tako ležeran kao "isperite kada je prljav". Alkalno čišćenje cilja na zarastanje organskog ulja i biološku sluz, kiselo čišćenje cilja na neorganski kamenac, a oksidansi se koriste za ubijanje mikroorganizama i razlaganje neke organske tvari; redoslijed, koncentracija, temperatura, vrijeme i brzina protoka cirkulacije utiču na efikasnost oporavka i takođe utiču na životni vek membrane. Razuman pristup je uspostavljanje povezanih zapisa o "razlici u fluksu-razlici pritisaka-čišćenju": rutinski pratiti trendove normalizovanog fluksa i razlike transmembranskog pritiska; kada pad dostigne unapred postavljenu relativnu vrednost, zakažite čišćenje; a nakon čišćenja zabilježite stopu oporavka, optimizirajući na taj način učestalost i hemikalije. Pretvaranje čišćenja "po osjećaju" u "prema podacima" ključ je za dugotrajnu upotrebu keramičkih membrana.

5. Klasifikacija nečistoća i odgovarajući "recepti"

Kada je u pitanju čišćenje, ne može se izbjeći koliko vrsta prljanja ima, jer različita prljanja zahtijevaju različite "recepte". Prema izvoru, mogu se grubo podijeliti u tri tipa: organska obraštanja, uglavnom uljni filmovi, proteini i mikrobni metaboliti, koji se obično uklanjaju alkalnim čišćenjem u kombinaciji s surfaktantima; neorganski kamenac, od kalcijuma, magnezija, silicijuma, itd. u vodi, otopljen kiselim čišćenjem; i biološka sluz, nastala proliferacijom mikroba, kontrolirana oksidansima ili biocidima. U stvarnom radu, ova tri često koegzistiraju i prepliću se, tako da je plan čišćenja često stvar kombinacije i redoslijeda "alkalne-kiseline-oksidansa", a ne jedne hemikalije. Za zauljenu otpadnu vodu, organsko zagađivanje je glavni krivac, a alkalno čišćenje je temelj; ali ako je influentna tvrdoća velika, čišćenje kiselinom je također neophodno. Samo jasnim prosuđivanjem vrste onečišćenja, a zatim diskusijom o čišćenju, moguće je temeljito očistiti i izbjeći oštećenje membrane-to je upravo ono u čemu leži vrijednost hemijske otpornosti materijala keramičkih membrana, a to je i područje kojem je najpotrebnija podrška podataka na terenu prilikom dizajniranja sistema za čišćenje.

Slika: Kvalitativna usporedba ocjena između keramičkih membrana i polimernih organskih membrana u ključnim dimenzijama kao što su otpornost na zarastanje, otpornost na temperaturu, otpornost na kemijsko čišćenje, vijek trajanja i obnavljanje fluksa (relativna ilustracija, ne specifične vrijednosti).

6.Njegova pozicija u cijeloj proizvodnoj liniji: vratar za predtretman

Posmatrajući membranski sistem unutar čitave proizvodne linije, njegova pozicija je obično pozicija "čuvara predtretmana". Uzvodno su predtretmani kao što su odvajanje ulja, flotacija zraka i rezervoari za izravnavanje, odgovorni za prvo uklanjanje većine slobodnih ulja i teških suspendiranih čvrstih tvari, zaštitu keramičke membrane od oštećenja velikim česticama i od trenutnog zasljepljivanja prekomjernom količinom ulja; nizvodno su napredni tretmani za ponovnu upotrebu-reverzna osmoza upravlja desalinizacijom, jonska izmjena upravlja omekšavanjem ili uklanjanjem specifičnih jona, a biološka faza se bavi degradacijom otopljene organske tvari. Samo kada keramičke membrane uklone ulje na dovoljno nisku razinu, ovi dijelovi nizvodno mogu raditi bezbrižno: RO membrane neće biti začepljene uljem, smole se neće otrovati uljem, a biološki rezervoari neće imati aeraciju zatvorenu uljnim filmovima. Može se reći da ako se ova keramička membranska barijera drži, stabilnost cijelog nizvodnog lanca ponovne upotrebe također ima koristi.

Tabela u nastavku rezimira ključne jedinice, funkcije i probleme dizajna sistema za odvajanje vode sa keramičkom membranom za ulje-, olakšavajući-provjere konfiguracije na licu mjesta.

U ovom trenutku, radna logika odkeramičke membrane za odvajanje ulja od vodepostaje jasno: to nije izolovani "filter", već minijaturni inženjerski sistem "prevencije unakrsnog-zaprljavanja + postepenog zadržavanja + povratnog čišćenja + uzvodno/nizvodno koordinacije." Razumijevanje ovoga je važnije od pamćenja bilo kojeg pojedinačnog parametra-jer kada se problemi pojave na terenu, devet puta od deset nastaju zbog "koordinacije sistema", a ne "same membrane".

7. Operativna metodologija: Vodni bilans na prvom mjestu

Na operativnom nivou i dalje se primjenjuje višestruko verifikovana metodologija: prvo napraviti vodni bilans kako bi se razjasnile količine vode i odredište koncentrata; zatim klasificirati kvalitet vode kako bi se utvrdilo koji oblik nafte prevladava i koji prag kvalitete vode nizvodno zahtijeva; konačno izračunajte period povrata i ukupne troškove vlasništva kako biste odredili obim sistema i strategiju čišćenja. Samo čvrstim provođenjem ova tri koraka mehanizam keramičkih membrana "kako radi" može se zaista pretvoriti u stabilnu čistu vodu i ulje koje se može povratiti na vašoj proizvodnoj liniji.