Kaivonpäästä tuotettu vesi, elintarvikelaitoksen pesuvesi ja aluksen pilssivesi yhdistävät kaikki yksi ongelma: öljyn täytyy tulla ulos ennen kuin vettä voidaan käyttää uudelleen tai tyhjentää. Todellinen vaikeus ei ole öljyn kokonaispitoisuus, vaan pisaroiden koko. Noin 150 mikronia ylittävä vapaa öljy nousee minuuteissa; alle 20 mikronin emulgoitu öljy voi pysyä vakaana viikkoja. Hyvin suunniteltu öljyn ja veden erotusjärjestelmä perustuu siksi vaiheittaiseen sarjaan yhden koneen sijaan, alkaen karkeasta poistosta ja päättyen poisto- tai uudelleenkäyttökohteeseen räätälöityyn kiillotukseen. Insinöörit suunnittelevat tuotettu vedenkäsittely tai laajempaa teollisuuden jätevesien käsittely hankkeet noudattavat samaa logiikkaa: luonnehdi ensin virtaa ja sovita sitten kukin tekniikka öljyn tilaan, jonka se voi todella tuottaa.
Öljyn ja veden erottaminen alkaa öljyn tilan tuntemisesta
Johtopäätös ensin: erotuskustannukset nousevat jyrkästi pisaroiden koon pienentyessä. Vapaan öljyn poistaminen painovoimalla voi maksaa vain muutaman sentin kuutiometriltä, kun taas emulgoidun öljyn poistaminen voi vaatia vaahdottamista, suodatusta tai kemikaaleja moninkertaisesti kalliimpaan hintaan. Virran öljytilan tunteminen on siksi tärkein vaihe öljy-veden erotusjärjestelmän määrittämisessä. Laboratoriopisaroiden kokoanalyysi yhdistettynä yksinkertaisiin tölkkitesteihin kertoo, toimiiko painovoima yksinään vai tarvitaanko vaahdotus ja suodatus. Monet kasvit aliarvioivat emulgoidun öljyn osuuden tulovedessään ja kamppailevat myöhemmin lupamatkojen kanssa. Kertaluonteinen muutaman sadan dollarin laboratorioinvestointi voi säästää kymmeniä tuhansia uusintatyössä.
Öljy jätevedessä jaetaan yleensä neljään tilaan pisarakoon perusteella. Alla olevassa taulukossa on yhteenveto kustakin tilasta, sen käyttäytymisestä ja sovellettavista tekniikoista.
| Öljyn tila | Pisaran koko | Käyttäytyminen | Tyypillinen tekniikka |
|---|---|---|---|
| Ilmainen öljy | > 150 mikronia | Nousee pintaan minuuteissa | API-erotin, skimmer |
| Dispergoitu öljy | 20-150 mikronia | Nousee hitaasti; herkkä turbulenssille | Levyjen yhdistäjä, hydrosykloni |
| Emulgoitu öljy | 1-20 mikronia | Stabiili pinta-aktiivisten aineiden ansiosta | DAF, kalvo, emulgointiaine |
| Liuennut öljy | <1 mikroni | Molekyyli; ei irrotettavissa painovoimalla | Biologinen, aktiivihiili |
Ydinöljyn ja veden erotustekniikoiden vertailu
Jokaisella tekniikalla on toimintakuori, joka päättää sen paikan hoitojonossa. API-erottimet ovat edelleen edullisin ensisijainen askel vapaalle öljylle, mutta ne eivät voi rikkoa emulsioita. Levyjen yhteenliittimet parantavat painovoimaerotusta lyhentämällä pisaroiden nousevan pystyetäisyyttä. Liuotettu ilmavaahdotus (DAF) kiinnittää mikrokuplia öljypisaroihin ja on nykyään oletuksena toissijainen vaihe emulgoidulle öljylle monissa teollisuuslaitoksissa. Hydrosyklonit tarjoavat kompaktin vaihtoehdon vapaalle ja hajautetulle öljylle, erityisesti offshore-alustoilla, joilla jalanjälki on rajallinen. Kalvosuodatus kiillottaa erittäin alhaisiin öljytasoihin, mutta sillä on suurempi energia- ja likaantumisriski.
Kemialliset emulgointiaineet ansaitsevat maininnan, koska ne ovat usein halvin tapa rikkoa tiivis emulsio. Ne toimivat neutraloimalla rajapinnan kalvon, joka stabiloi pisaroita ja mahdollistaa yhteensulautumisen hellävaraisen sekoittamisen alaisena. Ne kuitenkin lisäävät käyttökustannuksia, muodostavat öljy-vesi-kemiallista lietettä ja vaativat huolellista annostuksen valvontaa, minkä vuoksi useimmat pysyvät asennukset suosivat fysikaalisia menetelmiä, kuten DAF, toissijaisena vaiheena.
API-erottimen suunnitteluohjeiden ja US EPA:n jätevedenkäsittelyviitteiden mukaan nämä toiminta-alueet ovat yhdenmukaiset jalostamo-, petrokemian-, meri- ja kunnallisissa laitoksissa. Alla olevassa tutkakaaviossa verrataan kolmea yleistä tekniikkaa viiden käytännön kriteerin mukaisesti.
Monivaiheisen öljyn ja veden erotusjärjestelmän suunnittelu
Aloita luonnehtimalla sisäänvirtaus: pisarakokojakauma, öljypitoisuus, lämpötila, kiintoainepitoisuus ja poisto- tai uudelleenkäyttökohde. Esimerkiksi USA:n vesillä tapahtuvissa offshore-operaatioissa EPA:n öljy- ja rasvaraja 40 CFR:n osan 435 alla on 29 mg/l kuukausittainen keskiarvo ja 42 mg/l päivittäinen enimmäismäärä. Maakohtaiset luvat ovat usein tiukempia, joten kiillotusvaihe on mitoitettava vastaavasti.
Vaihe 1 - Esikäsittely. Mekaaninen seula poistaa karkeat kiinteät aineet ja kuituiset roskat, jotka muuten tukkiisivat myötävirtaan sulautuvat väliaineet ja vaahdotussuuttimet. Pyörivä rumpuseula on kompakti valinta kiintoaineita kuljettaviin tulovirtoihin.
Pyörivä rumpuseula esikäsittelyvaiheeseen Tämä pienikokoinen mekaaninen seula poistaa karkeat kiinteät aineet ja kuituiset roskat sisäänvirtauksesta, estää tukkeutumisen ja suojaa alavirran yhteensulautuvia aineita ja vaahdotussuuttimia hankaukselta. Näytä tuote → Vaihe 2 - Ensisijainen painovoimaerotus. API-erotin tai levyliitin poistaa suurimman osan vapaasta öljystä. Hiekka laskeutuu samaan säiliöön ja suojaa alavirran pumppuja ja instrumentteja hankaukselta. Sen jälkeen hiekanluokitin kuivattaa ja tyhjentää laskeutuneen hiekan lähes kuivassa muodossa.
Hiekan ja veden erotteluun tarkoitettu hiekan luokitin Tämä ruuvityyppinen luokitin kuivattaa ja tyhjentää laskeutuneen hiekan, jonka kosteus on alle 60 %, ja se suojaa pumppuja ja instrumentteja pitäen samalla ensisijaisen erotussäiliön puhtaana ja tehokkaana. Näytä tuote → Vaihe 3 - Toissijainen vaahdotus. DAF-yksikkö poistaa dispergoituneen ja osittain emulgoituneen öljyn kiinnittämällä pisaroihin mikrokuplia, jotka kelluttavat ne pinnalle kuorimista varten. Vaakasuuntaiset ilmavaahdotuskoneet integroituvat hyvin olemassa oleviin säiliöjärjestelyihin ja tarvitsevat vähemmän tilaa kuin pystysuuntaiset mallit.
Vaakasuuntainen ilmavaahtokone öljynpoistoon Tämä DAF-yksikkö käyttää mikrokuplia kelluttamaan dispergoitua ja emulgoitua öljyä ja suspendoituneita kiintoaineita. Tämä DAF-yksikkö parantaa erotustehokkuutta samalla, kun se vaatii vähemmän tilaa, mikä tekee siitä ihanteellisen toissijaiseen vaahdotukseen. Näytä tuote → Vaihe 4 - Kiillotus. Patruunasuodatus, kalvoerotus tai aktiivihiilen adsorptio lisätään, kun luparaja tai uudelleenkäyttöspesifikaatio vaatii öljyn tasoa alle sen, mitä pelkkä vaahdotus voi saavuttaa. Erottimesta rasvattu öljykerros voidaan ottaa talteen, jos tilavuus sen oikeuttaa, kun taas DAF-keräimen öljyinen liete vaatii tyypillisesti vedenpoistoa ennen laitoksen ulkopuolista hävittämistä. Lietteen käsittelyn sisällyttäminen suunnitteluarvioon välttää yllätyksiä käyttöönoton aikana.
Tyypillinen API-erotin isometrisessä näkymässä
Öljyn ja veden erotuslaitteiden valinnan tarkistuslista
Laitevalinta alla olevan taulukon perusteella vähentää ali- tai ylimitoituksen riskiä. Kenttäkokemus osoittaa, että useimmat erottimen viat johtuvat yhden näistä kuudesta parametrista huomiotta jättämisestä.
| Kriteeri | Miksi sillä on merkitystä | Suunnitteluvaikutus |
|---|---|---|
| Virtausnopeus ja huiput | Alimitoitus aiheuttaa öljyn kulkeutumista | Erottimen koko 1,25-1,5x keskimääräinen virtaus |
| Pisaran koko distribution | Määrittää, voiko painovoima toimia | Alle 20 mikronia lisää DAF tai kalvo |
| Lämpötila | Korkeampi lämpötila alentaa viskositeettia | Kylmien virtojen lämmittäminen auttaa nostamaan nopeutta |
| Kiintoainepitoisuus | Tukkii yhteenliittimet ja vaahdotussuuttimet | Asenna seulat ja hiukkasten poisto ensin |
| Kemialliset rajoitukset | Jotkut sivustot rajoittavat emulgointiaineen käyttöä | Valitse sen sijaan fyysinen erottelu |
| Luparajoitus | Asettaa kiillotusvaatimuksen | 29 mg/l vs 10 mg/l muuttaa junan |
Merkkejä olemassa olevan järjestelmän alamittaisuudesta ovat näkyvä öljyn kiilto jätevesissä, päivissä tukkeutuvat suodatinpatruunat ja kasvava kemikaalien kulutus samassa rehulaadussa. Ennen kuin investoit uusiin laitteisiin, mittaa todellinen pisarakokojakauma vähintään koko tuotantosyklin aikana; vuorokausihuiput muuttavat usein öljyn tilaa enemmän kuin keskimääräinen pitoisuus.
Usein kysyttyjä kysymyksiä öljyn ja veden erottamisesta
Q1. Mikä on öljy-vesi-erotin?
Öljy-vesi-erotin poistaa öljyä vedestä käyttämällä tiheyseroja, sulautumista, vaahdotusta, suodatusta tai kemiallista vaikutusta. Yleisiä tyyppejä ovat API-erottimet, levyliittimet, DAF-yksiköt ja kalvojärjestelmät.
Q2. Kuinka API öljy-vesi-erotin toimii?
API-erotin tarjoaa lepotilan virtauksen ja pitkän retentioajan, tyypillisesti 1,5-2 tuntia, joten vapaa öljy nousee pintaan kuorimista varten, kun taas laskeutunut kiinteä aine kerääntyy pohjaan.
Q3. Mitä eroa on vapaalla ja emulgoidulla öljyllä?
Vapaa öljy esiintyy yli noin 150 mikronia suurempia pisaroita ja erottuu painovoiman vaikutuksesta. Emulgoitu öljy on pinta-aktiivisilla aineilla stabiloimia alle 20 mikronin pisaroita, jotka vaativat vaahdotuksen, kalvoja tai kemiallisia demulgointiaineita.
Q4. Miten erotat öljyn tuotetusta vedestä?
Tuotetun veden käsittelyssä käytetään monivaiheista järjestelmää: hydrosyklonit tai levyerottimet bulkkivapaalle öljylle, DAF toissijaiseen kiillotukseen ja suodatukseen tai biologiseen käsittelyyn, jos poisto- tai uudelleenruiskutusrajat sitä edellyttävät.
Q5. Mikä on öljyn ja rasvan tyhjennysraja?
U.S. EPA:n offshore-standardi tuotetulle vedelle on 29 mg/l kuukausittainen keskiarvo ja 42 mg/l päivittäinen maksimi 40 CFR Part 435:n alla. Maakohtaiset luvat ovat usein tiukempia, yleensä 10-20 mg/l.
Q6. Voivatko koagulantit parantaa öljyn ja veden erotusta?
Kyllä. Alumiini- tai rautakoagulantit ja orgaaniset flokkulantit neutraloivat pintavarauksen ja edistävät pisaroiden yhteensulautumista, mikä parantaa merkittävästi DAF- ja suodatustehokkuutta tiiviissä emulsioissa.
