Nó được sử dụng ở đâu và giải quyết được vấn đề gì: Các ứng dụng công nghiệp điển hình của màng gốm để tách nước dầu

1. Công nghệ phải được áp dụng cho các điều kiện nước cụ thể

Hai bài viết trước đã giải thích sâu về “tại sao chọn màng gốm” và “cách chúng hoạt động”, nhưng ngay cả công nghệ tốt nhất cũng chỉ có giá trị khi nó được áp dụng cho các điều kiện nước cụ thể.Màng gốm để tách nước dầukhông phải là giải pháp- chữa khỏi mọi vấn đề. Ứng dụng phù hợp nhất của chúng là dòng nước thải chứa dầu có đặc điểm là "những giọt dầu mịn, nước bị ô nhiễm nặng và điều kiện vận hành khắc nghiệt". Ngược lại, đối với các ứng dụng có hàm lượng dầu thấp, điều kiện nước ôn hòa và ít biến động, màng hữu cơ-chi phí thấp hơn hoặc các phương pháp xử lý hóa học-thông thường có thể kinh tế hơn. Bài viết này trình bày một số tình huống công nghiệp điển hình để xem xét màng gốm thực sự giải quyết được vấn đề gì và khi nào nên xem xét lại ứng dụng của chúng.

2. Kịch bản 1: Nước sản xuất từ ​​mỏ dầu và tái bơm

Hãy bắt đầu vớinước sản xuất từ ​​mỏ dầu. Đây là một trong những lĩnh vực ứng dụng cổ điển nhất của màng gốm. Nước thành hệ được đưa lên bề mặt trong quá trình sản xuất dầu, mang theo dầu thô, cát thành hệ, các ion cặn và một lượng lớn dầu nhũ hóa. Nó cũng thường duy trì nhiệt độ hình thành-phần lớn nước được tạo ra sẽ ấm khi chạm tới bề mặt và một số dòng thậm chí có thể tương đối nóng. Điều khiến tình hình trở nên khó khăn hơn là “sứ mệnh kép” của nó: nước có thể hoặcđược bơm lại vào hệ tầng để duy trì áp suất, trong đó đặt ra các yêu cầu về hàm lượng chất rắn lơ lửng và dầu, hoặcđược xử lý để tái sử dụng hoặc xả thải tuân thủ, điều này đặt ra yêu cầu cao hơn về độ ổn định chất lượng nước. Việc tách trọng lực thông thường và tuyển nổi không khí hòa tan thường gặp khó khăn khi dầu nhũ hóa và tải trọng cát cao xảy ra cùng nhau. Màng gốm rất phù hợp với những điều kiện này vì đặc tính ưa nước và kỵ dầu, cũng như khả năng chịu nhiệt độ và mài mòn. Quá trình lọc-dòng chảy chéo liên tục quét sạch cát và dầu, trong khi quá trình siêu lọc giữ lại dầu đã nhũ hóa, tạo ra dòng thấm ổn định và sạch hơn giúp ngăn ngừa sự tắc nghẽn của thành tạo trong quá trình bơm lại và bảo vệ các quá trình xuôi dòng trong quá trình tái sử dụng. Trong kinh nghiệm kỹ thuật củaBảo vệ môi trường Taihe với hệ thống màng gốm cho nước thải có dầu, các ứng dụng liên quan đến mỏ dầu-chiếm tỷ lệ đáng kể,chính xác là vì nhu cầu hoạt động "bẩn nhưng ổn định" của chúng rất phù hợp với thế mạnh của màng gốm.

2.1 Yêu cầu định tính về chất lượng nước tái bơm

Về việc tái bơm, cần bổ sung thêm một điểm về các yêu cầu chất lượng vì chúng là cơ sở quan trọng để lựa chọn màng trong các ứng dụng mỏ dầu. Nếu hàm lượng chất rắn lơ lửng và dầu trong nước bơm lại quá cao, chúng có thể làm tắc các lỗ chân lông và làm hỏng bể chứa sau khi phun, dẫn đến áp suất phun tăng và hiệu suất thu hồi dầu giảm. Vì vậy, nước tái bơm thường tập trung vào ba khía cạnh:nồng độ chất rắn lơ lửng và sự phân bố kích thước-hạt, hàm lượng dầu và khả năng tương thích với nước thành hệ,bao gồm cả việc có thể xảy ra hiện tượng bong tróc hoặc sưng tấy đất sét hay không. Giá trị của màng gốm nằm ở khả năng khử đồng thời chất rắn lơ lửng và dầu nhũ hóa đến mức ổn định và tương đối thấp, đồng thời duy trì sự biến động thấp về chất lượng thấm. Đối với các mỏ dầu cần bơm ổn định lâu dài-, điều này có ý nghĩa hơn là chỉ đạt được giá trị thấp tạm thời. Đối với các giới hạn cụ thể, chúng khác nhau đáng kể giữa các mỏ dầu và hồ chứa và phải được xác định theo các tiêu chuẩn-cụ thể của địa điểm thay vì áp dụng một giá trị chung duy nhất.

3. Kịch bản 2: Nước thải nhiễm dầu của nhà máy lọc dầu và hóa dầu

Tiếp theo lànước thải có dầu từ các nhà máy lọc dầu và cơ sở hóa dầu. Loại nước này phức tạp hơn nước mỏ dầu. Ngoài dầu, nó có thể chứa phenol, sunfua, chất xúc tác lơ lửng và nhiều chất gây ô nhiễm khác. Chất lượng nước có thể dao động đáng kể trong quá trình-chuyển đổi thiết bị và nhiệt độ cũng có thể tương đối cao. Ở đây, giá trị của màng gốm không chỉ nằm ở việc "xử lý" tất cả các chất gây ô nhiễm mà còn đóng vai trò là "hàng rào loại bỏ dầu và chất rắn lơ lửng" ổn định: loại bỏ dầu và các hạt có tác động lớn nhất đến các quá trình tiếp theo trước tiên, để quá trình xử lý sinh học hoặc nâng cao tiếp theo có thể hoạt động ổn định hơn. Khả năng chống làm sạch bằng hóa chất của chúng đặc biệt hữu ích ở đây vì nước thải nhà máy lọc dầu bị ô nhiễm nặng và có thể cần phải làm sạch thường xuyên. Màng hữu cơ có thể bị hỏng sau khi làm sạch nhiều lần, trong khi màng gốm có thể chịu được các chu kỳ làm sạch lặp đi lặp lại. Tất nhiên, nước thải nhà máy lọc dầu có thành phần phức tạp nên màng gốm thường là “thành phần trung tâm” của quy trình xử lý kết hợp chứ không phải là công nghệ xử lý “duy nhất”. Sự khác biệt này phải được nhìn nhận một cách thực tế.

(Hình: Bốn kịch bản nước thải có dầu điển hình: nước thải từ mỏ dầu, nước thải của nhà máy lọc dầu và hóa dầu, nước thải-dạng lỏng cắt kim loại và nước thải-chế biến thực phẩm và lò mổ, minh họa các dạng dầu tương ứng và những thách thức lớn.)

4. Kịch bản 3: Gia công và cắt kim loại-Nước thải chất lỏng

Loại thứ ba là nước thải từ chất lỏng gia công và cắt kim loại.Sau khi sử dụng nhũ tương và chất lỏng cắt trong xưởng gia công trong thời gian dài, chúng có thể biến thành "nước dùng đen" chứa cả dầu khoáng và một lượng lớn chất hoạt động bề mặt cũng như-chất phụ gia chất lỏng xử lý, với khả năng nhũ hóa cực kỳ ổn định và COD cao. Khối lượng loại nước thải này có thể không nhất thiết phải lớn nhưng độ khó xử lý không hề thấp. Sự đông tụ thông thường và tuyển nổi không khí hòa tan thường không đạt được quá trình khử nhũ tương hoàn toàn, để lại dầu dư trong nước đã xử lý. Ưu điểm của siêu lọc gốm ở đây là nó đặc biệt hiệu quả trong việc "xử lý nhũ tương": nó giữ lại các giọt dầu ổn định, trong khi chất thấm sau đó có thể tiến hành bay hơi, xử lý sinh học hoặc xử lý sau{4}}khử nhũ tương. Đối với các công ty gia công, điều này có thể có nghĩa là kéo dài-tuổi thọ sử dụng chất lỏng, giảm việc tạo ra chất thải nguy hại và tăng khả năng tái sử dụng. Trong bối cảnh quy định môi trường ngày càng nghiêm ngặt, giá trị của nó không chỉ nằm ở hiệu suất xử lý mà còn ở việc tuân thủ quy định.

5. Kịch bản 4: Nước thải chế biến thực phẩm và giết mổ có chứa dầu động vật và thực vật

Loại thứ tư là nước thải chứa dầu động vật và thực vật từ quá trình chế biến thực phẩm, lò mổ và các ngành công nghiệp tương tự.Dầu trong loại nước thải này chủ yếu là dầu mỡ động vật và thực vật. Nhiệt độ thường tương đối cao, đặc biệt là trong nước thải xử lý-nóng và nước cũng chứa chất rắn lơ lửng, protein và chất hữu cơ. Không giống như dầu khoáng, dầu động vật và thực vật có xu hướng đông đặc ở nhiệt độ thấp và bám dính vào bề mặt màng, dẫn đến yêu cầu làm sạch cao hơn. Khả năng chịu nhiệt-cao và khả năng làm sạch mạnh mẽ của màng gốm đặc biệt hữu ích ở đây: nước ấm hoặc chất làm sạch bằng kiềm có thể làm tan chảy dầu đã đông đặc và loại bỏ chất hữu cơ bám dính, cho phép thu hồi chất trợ dung tốt. Màng gốm thường được sử dụng làm màng lọc-tinh tế sau khi tách dầu vàtuyển nổi không khí hòa tan, tiếp tục giảm lượng dầu nhũ hóa còn sót lại và cho phép chất thấm đi vào xử lý sinh học hoặc đáp ứng các yêu cầu xả thải một cách nhất quán hơn.

6. Các ứng dụng khác đáng chú ý

Ngoài bốn lĩnh vực ứng dụng chính ở trên, một số kịch bản khác cũng đáng được quan tâm.Trong cán nguội và gia công kim loạiNước thải nhũ tương chứa hỗn hợp dầu, bột sắt và chất hoạt động bề mặt nên khó khử nhũ tương và nồng độ sắt cao. Mặc dùnước thải luyện cốccó đặc điểm chủ yếu là phenol và amoniac, nó cũng có thể chứa các phần dầu giống như hắc ín, đặt ra các yêu cầu nghiêm ngặt về khả năng chống bám bẩn màng và kháng hóa chất.Tàu nước đáy tàulà dòng nước thải có "thể tích{0}nhỏ, hàm lượng dầu-cao, biến động cao" điển hình. Nó thường được xử lý trên các nền tảng di động, đặc biệt chú trọng đến độ nén của hệ thống và khả năng chống lại các cú sốc thủy lực và tải trọng. Đặc điểm chung của các ứng dụng này là những giọt dầu mịn, chất lượng nước phức tạp và điều kiện vận hành không ổn định, nằm trong vùng thoải mái của màng gốm. Tuy nhiên, cũng cần nhấn mạnh rằng trước khi đưa màng gốm vào bất kỳ ứng dụng mới nào, trước tiên phải tiến hành phân tích chất lượng nước và thử nghiệm thí điểm để xác nhận khả năng tương thích vật liệu và hóa học cũng như xác minh tính khả thi của chiến lược làm sạch trước khi mở rộng quy mô. Màng gốm không phải là thành phần phổ biến "cắm{8}}và{9}}chạy".

Khi các ứng dụng này được đặt cạnh nhau, có thể thấy rõ rằng mặc dù chúng có vẻ khác nhau nhưng những thách thức cơ bản của chúng rất nhất quán-chúng đều kết hợp "dầu mịn + nước bẩn + biến động". Bảng sau đây cung cấp sự so sánh định tính về những thách thức chung này và logic ứng dụng của màng gốm.

7. Màng gốm hiếm khi hoạt động đơn độc: Quy trình xử lý kết hợp

Một điểm nữa cần được nhấn mạnh: màng gốm hiếm khi hoạt động một mình.Đối với các ứng dụng có hàm lượng-dầu-cao, "tách dầu/DAF + màng gốm" thường được sử dụng. Khi cần tái sử dụng nước nâng cao, "màng gốm + thẩm thấu ngược" thường được áp dụng. Trong các ứng dụng có hàm lượng chất hữu cơ hòa tan cao, xử lý sinh học hoặc oxy hóa nâng cao cũng có thể được bổ sung ở hạ lưu.Kiểu kết hợp này không chỉ đơn giản là xếp chồng thiết bị mà còn cho phép mỗi giai đoạn xử lý thực hiện những gì nó làm tốt nhất.-xử lý{1}}hóa học loại bỏ phần lớn dầu, màng gốm loại bỏ dầu nhũ hóa và chất rắn lơ lửng, thẩm thấu ngược loại bỏ muối hòa tan và xử lý sinh học làm suy giảm chất hữu cơ hòa tan. Hiểu được sự “phân công lao động” này là điều cần thiết để chi tiêu ngân sách vào những lĩnh vực quan trọng trong quá trình lựa chọn hệ thống, thay vì mong đợi một giai đoạn xử lý sẽ giải quyết được mọi việc.

7.1 Chất cô đặc đi đâu? Đã đóng-Xử lý vòng lặp

Một vấn đề khác thường bị bỏ qua ảnh hưởng trực tiếp đến tính khả thi của dự án là nơi tập trung. Màng gốm cô đặc dầu và chất rắn lơ lửng ở phía cô đặc. Chất cô đặc có hàm lượng dầu cao hơn và thể tích nhỏ hơn nhưng cuối cùng vẫn cần phải được xử lý-đây chính xác là lúc giá trị của việc "giảm thể tích" xuất hiện.Một lộ trình hợp lý thường là cô đặc thêm hoặc khử nhũ tương trước rồi thu hồi và tái sử dụng dầu có thể thu hồi được. Sau đó, bùn dầu nặng và cặn nhũ hóa còn lại sẽ được gửi đi xử lý hoặc đốt theo quy định như chất thải nguy hại hoặc theo yêu cầu của địa phương.Điểm đến, phương pháp xử lý và chi phí của chất cô đặc nên được đưa vào dự án trong giai đoạn lựa chọn, thay vì đợi cho đến khi hệ thống được xây dựng xong mới phát hiện ra rằng không có nơi nào để gửi chất cô đặc. Đối với toàn bộ dự án xử lý nước thải nhiễm dầu, điều cuối cùng quyết định liệu dự án có thể được thực hiện hay không thường không phải là hiệu suất của màng mà là liệu toàn bộ chuỗi "nước vào, dầu chảy ra, nước được tái sử dụng và dầu được xử lý" có được đóng đúng cách hay không.

8. Lựa chọn ứng dụng: Một số tín hiệu định tính cần xem xét

Đi sâu hơn một bước, khi bạn thực sự cần lựa chọn giải pháp xử lý cho một ứng dụng cụ thể, chỉ cần xem nước có “chứa dầu” hay không là chưa đủ. Bạn cần xem xét một số khía cạnh định tính:chất lượng nước dao động như thế nào, nhiệt độ vận hành cao bao nhiêu, lượng dầu và chất rắn lơ lửng cao đến mức nào cũng như các yêu cầu về chất lượng-nước ở hạ lưu nghiêm ngặt đến mức nào.Bảng sau đây giúp sắp xếp các yếu tố quyết định quan trọng và tránh đầu tư sai hướng.

9. Thành thật mà nói: Những hạn chế của màng gốm

Phải thành thật thừa nhận rằng màng gốm cũng có những hạn chế trong các ứng dụng này: chúng đòi hỏi đầu tư ban đầu cao hơn, tương đối giòn và có yêu cầu lắp đặt và tiền xử lý khắt khe hơn. Khi hàm lượng dầu cực cao và dầu chủ yếu hiện diện dưới dạng dầu tự do, việc loại bỏ dầu "số lượng lớn" trước thông qua tách dầu và tuyển nổi không khí hòa tan thường tiết kiệm hơn so với áp dụng màng trực tiếp. Khi gặp dung môi hữu cơ mạnh hoặc điều kiện pH khắc nghiệt, khả năng tương thích của vật liệu cũng phải được xác nhận trước. Nói cách khác, màng gốm là "giải pháp tối ưu cho những loại nước thải có dầu khó{3}}để{4}}xử lý" chứ không phải là "giải pháp tối ưu cho tất cả nước thải có dầu".

10. Kết luận: Đánh giá nước trước, sau đó quyết định có nên sử dụng màng lọc hay không

Khi các kịch bản ứng dụng và phương pháp luận được xem xét cùng nhau, kết luận sẽ trở nên rõ ràng:Khi xác định một ứng dụng cụ thể có nên sử dụng màng gốm hay không, đừng vội so sánh giá cả. Thay vào đó, hãy quay lại ba bước đã nhiều lần được chứng minh là quan trọng-trước tiên, tiến hành cân bằng nước để hiểu lượng nước, dầu đến từ đâu và chất cô đặc đi đâu; tiếp theo, phân loại chất lượng nước để xác định dạng dầu chính và ngưỡng chất lượng-nước hạ lưu cần thiết; cuối cùng, tính toán thời gian hoàn vốn và tổng chi phí sở hữu để xác định xem liệu khoản tiết kiệm được từ chi phí thay thế, ngừng hoạt động và tuân thủ trong dài hạn có thể trang trải cho khoản đầu tư ban đầu hay không.Khi ba bước này được thực hiện đúng cách, bạn sẽ thấy rõ nơi nào nên sử dụng màng gốm và chúng có thể giải quyết được những vấn đề gì.