Повышение экологичности нефтеперерабатывающих предприятий созданием ресурсосберегающих химико-технологических водных систем на основе мембранных процессов

Актуальность работы.

Нефтеперерабатывающие предприятия (НЛП) являются крупнейшими источниками загрязнения окружающей среды. В водные объекты с большими объемами недостаточно очищенных сточных вод НЛП поступают нефтепродукты, химические реагенты, щелочные растворы, солесодержащие воды ЭЛОУ и другие загрязняющие вещества, негативно влияющие на состояние окружающей среды. Это усугубляет проблему загрязнения гидросферы, которая во многих регионах приобрела угрожающий характер, так как самоочищающая способность водоемов и водных бассейнов уже не справляется с поступающим потоком производственных и других видов сточных вод. Кроме того, НЛП относятся к отрасли промышленности с высоким уровнем водопотребления. Удельный расход свежей воды в настоящее время на 1 т перерабатываемой нефти в среднем составляет 0,2 -2,5 м3/т.

Решение актуальной проблемы снижения загрязнения водных объектов промышленными сточными водами НЛП и существенного снижения потребления пресной воды возможно путем создания на этих предприятиях ресурсосберегающих химико-технологических водных систем. Создание таких систем возможно с использованием высокоэффективных мембранных процессов разделения для очистки сточных вод до требуемых показателей качества замкнутых водооборотных циклов НЛП.

Внедрение на НЛП ресурсосберегающих химико-технологических водных систем на основе мембранных процессов позволит решить вопросы рационального использования водных ресурсов и охраны окружающей среды.

Цель работы — повышение экологической безопасности НЛП созданием ресурсосберегающих химико-технологических водных систем на основе применения мембранных процессов.

Основные задачи исследований:

— исследование мембранного процесса очистки нефтесодержащих сточных вод НПП от эмульгированных нефтепродуктов в ультрафильтрационной установкеразработка способа жидкофазного мембранного разделения, позволяющего повысить производительность процесса очистки сточных вод в ультрафильтрационной установке;

— исследование мембранного процесса очистки солесодержащих сточных вод НПП в обратноосмотической установке;

— разработка способа мембранного разделения в установке обратного осмоса, позволяющего уменьшить процесс осадкообразования на мембранах и тем самым повысить производительность обратноосмотической установки;

— исследование процесса биологической очистки сточных вод НПП в мембранных биореакторах;

— разработка способа биологической очистки воды в мембранном биореакторе, позволяющего уменьшить биологическое загрязнение мембран и повысить его производительность;

— разработка ресурсосберегающей химико-технологической водной системы НПП на основе исследованных процессов мембранной очистки сточных вод.

Научная новизна работы.

Для увеличения производительности очистки сточных вод в ультрафильтрационных установках разработан способ жидкофазного мембранного разделения, который осуществляется путем предварительного насыщения под рабочим давлением фильтрования обрабатываемого раствора инертными по отношению к разделяемым компонентам и к материалам мембранного аппарата газами с последующей фильтрацией раствора через мембрану (патент РФ № 2 232 044).

Изучен процесс ультрафильтрационной очистки нефтесодержащих вод от эмульгированных нефтепродуктов. Установлено влияние основных технологических параметров (давления, температуры, рН, концентрации нефтепродуктов в исходной воде) и газонасыщения исходного раствора на производительность ультрафильтрационной установки и качество очистки сточных вод.

Разработана математическая модель процесса очистки нефтесодержащих сточных вод от эмульгированных нефтепродуктов в ультрафильтрационных установках с предварительным газонасыщением исходной воды.

Для уменьшения осадкообразования на мембранах и повышения производительности процесса обессоливания воды разработан способ мембранного разделения в обратноосмотических установках, который осуществляется путем предварительного введения в обрабатываемую воду инертных частиц углерода (сажи) с последующей фильтрацией через обратноосмотическую мембрану (патент РФ № 2 216 521).

Разработана математическая модель данного процесса очистки солесодержащих сточных вод в обратноосмотических установках.

Для интенсификации процессов биологической очистки сточных вод разработан способ очистки воды в биореакторе с последующим отделением активного ила на мембранном сепараторе, в состав мембраны которого введены катализаторы окисления (патент РФ № 2 253 627).

На основе разработанных процессов мембранной очистки сточных вод предложена ресурсосберегающая химико-технологическая водная система НЛП.

Практическая значимость работы.

На основе проведенных исследований разработана ресурсосберегающая химико-технологическая водная система НЛП, позволяющая предотвратить сброс загрязненных сточных вод в водные объекты, значительно снизить водопотребление свежей пресной воды и тем самым повысить экологичность нефтеперерабатывающего производства. Данная система может быть использована на НЛП любой производительности как при проектировании новых, так и при реконструкции существующих предприятий с целью снижения негативного техногенного воздействия на окружающую среду.

Разработанный способ жидкофазного мембранного разделения в ультрафильтрационных установках с предварительным газонасыщением позволяет повысить эффективность очистки не только нефтесодержащих вод от эмульгированных нефтепродуктов, но и других видов сточных вод.

Разработанный способ обратноосмотического обессоливания воды позволяет повысить производительность и надежность очистки солесодержащих вод при различных концентрациях солей в исходной воде.

Разработанный способ обработки воды в мембранном биореакторе способствует интенсификации процессов биологической очистки как промышленных, так и коммунальных сточных вод.

Технологические схемы очистки промышленных и ливневых нефтесодержащих, а также солесодержащих вод на основе разработанных мембранных методов позволяют достичь показателей качества очищенных вод, соответствующих нормативным требованиям на использование в замкнутых водооборотных циклах НПП.

Реализация научно-технических результатов.

Результаты выполненных в диссертации теоретических и экспериментальных исследований по мембранной очистке сточных вод от эмульгированных нефтепродуктов в ультрафильтрационных установках, обратноосмотическому обессоливанию воды, биологической очистке воды в мембранных биореакторх использованы при разработке рекомендаций для проектирования объектов «НПП Экопромсистемы».

Результаты, полученные в диссертационной работе, внедрены в учебный процесс Уфимского государственного нефтяного технического университета и используются при подготовке специалистов по специальности 280 102 «Безопасность технологических процессов и производств».

На защиту выносятся: результаты экспериментально — теоретических исследований мембранных процессов очистки воды от эмульгированных нефтепродуктов методом ультрафильтрационного разделения;

— разработанный способ жидкофазного мембранного разделения в УФ установках с предварительным газонасыщением;

— разработанный способ обратноосмотического обессоливания воды с добавлением сажи в исходный поток для повышения производительности процесса;

— разработанный способ очистки воды в биореакторе с последующим отделением активного ила на мембранном сепараторе, в состав мембраны которого введены катализаторы окисления для предотвращения биологического загрязнения мембран;

— ресурсосберегающая химико-технологическая водная система НЛП на основе разработанных мембранных процессов очистки сточных вод.

Апробация работы.

Результаты проведенных исследований докладывались на конференциях: IV Международной научно — технической конференции «Строительство, архитектура, коммунальное хозяйство — 2000», г. Уфа, 2000; Международном симпозиуме «Наука и технология углеводородных дисперсных систем», г. Уфа, 2000; VII Международной научно-технической конференции «Строительство, коммунальное хозяйство, энергоресурсосбережение — 2003», Уфа, 2003; Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы технических, естественных и гуманитарных наук» Уфа, 2005, 2008; Международной научнопрактической конференции «Нефтегазопереработка и нефтехимия», г. Уфа, 2005, 2007, 2008.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ, в том числе получено 3 патента РФ.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 114 наименований. Работа изложена на 132 страницах машинописного текста, содержащих 22 рисунка и 15 таблиц.

выводы.

1. Установлено влияние основных технологических параметров (давления, температуры, рН, концентрации нефтепродуктов в исходной воде) и газонасыщения исходного раствора на производительность мембранной ультрафильтрационной установки и эффективность очистки нефтесодержащих сточных вод. Применение ультрафильтрационных установок для очистки нефтесодежащих сточных вод позволяет достичь требуемых показателей качества очистки для оборотного водоснабжения по нефтепродуктам, при этом эффективность очистки составляет 70,0 -93,5%.

2. Разработан способ жидкофазного мембранного разделения, который осуществляется с предварительным насыщением обрабатываемого раствора воздухом с последующей фильтрацией раствора через ультрафильтрационную мембрану, позволяющий повысить производительность очистки сточных вод в ультрафильтрационных установках.

3. Разработана математическая модель процесса очистки нефтесодержащих сточных вод в ультрафильтрационных установках с газонасыщением.

4. Установлено, что сточные воды второй системы канализации НПП с солесодержанием 3−7 г/дм могут быть очищены на обратноосмотической установке до требований оборотной воды. При этом эффективность очистки по общему солесодержанию составляет 98,8 -99,9%.

5. Разработан способ обратноосмотического обессоливания воды, который осуществляется путем предварительного введения в обрабатываемую воду частиц сажи с последующей фильтрацией через обратноосмотическую мембрану, позволяющий повысить производительность процесса обессоливания.

6. Разработана математическая модель процесса очистки солесодержащих сточных вод в обратноосмотических установках с добавлением сажи.

7. Установлено, что применение мембранных биореакторов может позволить значительно интенсифицировать процессы биологической очистки на НПП и достичь требуемых показателей качества воды для оборотного водоснабжения. При этом эффективность очистки по БГЖП0ЛН составляет 97,9 — 98,6%, ХПК 84,6 — 87,9%, взвешенным веществам 99,9%.

8. Разработан способ биологической очистки воды в биореакторе с последующим отделением активного ила на мембранном сепараторе, в состав мембраны которого введены катализаторы окисления для предотвращения биологического загрязнения мембран.

9. На основе разработанных способов очистки вод предложена технологическая схема очистки сточных вод первой системы канализации НПП, включающая сооружения механической очистки и мембранный биореактор, позволяющая очистить данные воды до требований оборотного водоснабжения НПП.

10. На основе разработанных способов очистки вод предложена технологическая схема очистки сточных вод второй системы канализации НПП, включающая сооружения механической очистки, ультрафильтрационную установку для очистки от эмульгированных нефтепродуктов и обратноосмотическую установку обессоливания воды. Предлагаемая технология позволяет очистить сточные воды второй системы канализации до показателей качества оборотного водоснабжения НПП.

11. Предложена ресурсосберегающая химико-технологическая водная система НПП на основе разработанных мембранных процессов очистки сточных вод, позволяющая более рационально использовать водные ресурсы, предотвратить загрязнение водных объектов сбросами сточных вод и, таким образом, значительно повысить экологичность нефтеперерабатывающего производства.

Заключение

.

Анализ влияния предприятий нефтеперерабатывающих и нефтехимических отраслей промышленности на окружающую среду показал, что они являются на сегодняшний день по объемам сбросов сточных вод крупнейшими источниками загрязнения водных объектов. При сбросе сточных вод в водоемы не достигается степень очистки сточных вод до установленных нормативных показателей. Причина сброса недостаточно очищенных стоков в водоемы заключается в основном в неэффективной работе существующих на предприятиях систем очистки сточных вод.

Для решения проблемы минимизации загрязнения водных объектов и рационального их использования необходимо создавать на предприятиях ресурсосберегающие химико-технологические водные системы без сбросов загрязненных стоков в водные объекты. Для этого необходимо совершенствовать производственные процессы с целью уменьшения объемов водопотребления и водоотведения и внедрять новые высокоэффективные методы очистки сточных вод на предприятиях, позволяющие создавать замкнутые водооборотные циклы. Приведенный выше подробный анализ существующих систем водоснабжения, водоотведения и очистки сточных вод на нефтеперерабатывающих предприятиях позволил наметить пути их совершенствования.

На основании обзора литературы сформулированы цели и задачи исследования:

— совершенствование систем механической очистки нефтесодержащих сточных вод НИИ от эмульгированных нефтепродуктов разработкой новых технологий процесса мембранного разделения в ультрафильтрационой установкеразработка способов повышения эффективности очистки солесодержащих сточных вод НПП в обратноосмотических установках;

— исследование способов интенсификации процессов биологической очистки сточных вод НПП в мембранных биореакторах;

— на основе исследованных процессов мембранной очистки сточных вод, разработка ресурсосберегающей химико-технологической водной системы.

ГЛАВА 2 ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД НПП ОТ ЭМУЛЬГИРОВАННЫХ НЕФТЕПРОДУКТОВ В УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИОННЫХ УСТАНОВКАХ.

2.1 Процесс очистки сточных вод ультрафильтрацией.

Ультрафильтрацию используют для разделения растворов, в которых молекулярная масса растворенных компонентов намного больше молекулярной массы растворителя. При ультрафильтрации коллоидные и высокомолекулярные вещества отделяются от низкомолекулярных. На процесс ультрафильтрации оказывают влияние размеры пор мембраны и способность мембраны смачиваться (т.е. ее гидрофильность), а также толщина мембраны и извилистость ее пор [56,75−80].

Ультрафильтрационные мембраны состоят из тонкого верхнего слоя, находящегося на пористой подложке и сопротивление массопереносу почти полностью определяется верхним слоем. По этой причине определение характеристик ультрафильтрационных мембран включает характеристику верхнего слоя, его толщины, распределения пор по размерам поверхностной пористости. Для ультрафильтрационных мембран типичны поры диаметром от 0,05 мкм до 1 нм. Толщина верхнего слоя ультрафильтрационной мембраны обычно не превышает 1 мкм.

Поток через ультрафильтрационную мембрану прямо пропорционален приложенному давлению:

J = кАР, (2.1) где 3— поток, м/с;

К — коэффициент проницаемости, зависящая от структурных факторов мембраны (пористость, размеры пор) и вязкости проникающей жидкости, м/(с Па);

АРприложенное (гидравлическое) давление, Па.

Но реальные показатели процесса не эквивалентны теоретическим характеристикам мембраны. Увеличение давления не всегда приводит к увеличению потока через мембрану. Производительность мембранной системы со временем изменяется в сторону уменьшения. Это связано с процессом концентрационной поляризации. В процессе разделения возрастает концентрация менее проникающего компонента у поверхности мембраны. Чем выше производительность мембраны, тем в большей степени проявляется концентрационная поляризация. Она может приводить к образованию гелей или осадков на поверхности мембраны, что уменьшает эффективность ее работы и влечет за собой необходимость ее очистки или замены [75].

2.2 Механизм процесса концентрационной поляризации.

Наиболее подробный анализ механизма процесса концентрационной поляризации приведен в [56,75, 78−81].

Удерживаемый мембраной компонент накапливается у поверхности мембраны, где его концентрация постепенно возрастает. Повышенная концентрация вблизи поверхности вызывает диффузионный поток от поверхности в объем раствора. Спустя некоторое время в системе установится стационарное состояние. Конвективный поток задерживаемого компонента к поверхности мембраны будет уравновешиваться суммой потоков этого вещества через мембрану и от поверхности мембраны в объем раствора. Как видно из рисунка 2.1, спад концентрации с удалением от поверхности мембраны локализуется внутри пограничного слоя.

Пограничный слой.

Мембрана.

Объем сырья и С С с.

Рисунок 2.1 — Концентрационная поляризация.

Если предположить, что условия потока на входе в мембрану таковы, что на расстоянии от поверхности мембраны наблюдается полное смешение задерживаемого компонента и растворителя и концентрация равна ср, вблизи поверхности мембраны образуется пограничный слой, в котором концентрация увеличивается по мере приближения к мембране, достигая максимального значения у ее поверхности ст Конвективный поток к поверхности мембраны равен Л. При условии, что отделяемый компонент не полностью удерживается мембраной, его поток через мембрану равен где сп — концентрация растворенного вещества в пермеате. Накопление задерживаемого вещества на поверхности мембраны порождает обратный диффузный поток вещества в объем раствора. Условия равновесия достигаются, когда конвективный транспорт растворенного вещества равен сумме потоков: пермеационного и обратно — диффузного транспорта компонента, т. е.:

Л + ?) — = Зс (Их п '.

2.2) где В — коэффициент диффузии.

Если принять пограничные условия: х =0 с = см и х = д —> с = ср, тогда интегрирование уравнения (2.2) приводит к выражению —, (2.3).

— Сп О или ехр, А. (2.4).

СР — с&bdquoв.

Отношение коэффициента диффузии О к толщине пограничного слоя д является коэффициентом массопереноса к: к = - (2.5) 8.

Если ввести уравнение характеристического задержания:

2−6).

Ст.

Тогда уравнение (2.4) принимает вид: ехр (1) к.

2.7).

Отношение ст/ср является модулем концентрационной поляризации. Это отношение увеличивается, что означает увеличение концентрации у поверхности мембраны ст с увеличением потока задержания, а также с уменьшением коэффициента массопереноса к.

При условии, что задерживаемый компонент полностью отделяется мембраной (Лг"г=1,0 и сп =0) уравнение (2.4) упрощается: = ехр (-^) (2.8) ср к.

Уравнение (2.8) является основным уравнением концентрационной поляризации. Оно показывает, что факторами, влияющими на концентрационную поляризацию, являются: поток J и коэффициент массопереноса к. Особенно сильно эффекты концентрационной поляризации проявляются при микрофильтрации и ультрафильтрации, так как в этих процессах потоки большие, а коэффициенты массопереноса малы. Отрицательные последствия концентрационной поляризации:

Снижается движущая сила процесса вследствие увеличения концентрации у поверхности мембраны.

Наблюдается существенное падение потока, т.к. поток пропорционален движущей силе.

При превышении точки гелеобразования (растворы высокомолекулярных веществ) или произведения растворимости (коллоидные системы) на поверхности мембран могут формироваться осадки или гели. Это ведет к резкому возрастанию гидравлического сопротивления переносу вещества и снижению проницаемости мембраны.

При повышении концентрации веществ у мембраны она может модифицироваться, что приводит к ее химической деградации.

Поток чистой воды определяется параметрами использованной мембраны и постоянен для данной мембраны. Коэффициент массопереноса к сильно зависит от гидродинамики системы, что дает возможность его оптимизации.

Коэффициент массопереноса к связан с численным значением критерия Шервуда: ы ^ = Бс0, (2.9) гдекритерий ШервудаЯе — критерий Рейнольдса- 5с — критерий Шмидтаа, Ь, сконстанты. Критерий Рейнольдса: ^ = (2.10) У Г].

Критерий Шмидта: = (2.11) О где V — кинематическая вязкость- ?4 — гидродинамический диаметрVдинамическая вязкостьо — скорость потока- ?) — коэффициент диффузии.

Таким образом, из уравнения (2.9) видно, что коэффициент массопереноса зависит главным образом от скорости потока на. входе в мембрану (и), коэффициента диффузии задерживаемого вещества (?)), вязкости и плотности, а также размеров и формы модуля. Среди этих параметров, наиболее важными являются скорость потока и коэффициент диффузии: = /(у,£>) (2.12).

Коэффициент диффузии задерживаемых компонентов можно увеличить, если повышать температуру раствора на входе в мембрану. Это происходит за счет снижения вязкости раствора, подающегося на мембрану. Однако увеличение температуры на входе в мембрану вызывает также увеличение потока, что может оказывать неблагоприятное влияние на массоперенос.

Коэффициент массопереноса можно увеличить в основном только за счет увеличения скорости движения раствора вдоль мембраны на входе в нее либо за счет изменения формы и размеров модуля, снижая длину модуля или увеличивая его гидродинамический диаметр. При этом скорость потока, направленного перпендикулярно потоку через мембрану становится очень важной переменной.

Для обеспечения массопереноса кроме увеличения скорости течения можно использовать способы и устройства, создающие турбулентность потоков и разрушающие пограничные слои.

2.3 Методы борьбы с концентрационной поляризацией.

Из предыдущего анализа процесса разделения на ультрафильтрационных мембранах можно сделать вывод о том, что концентрационную поляризацию, снижающую производительность мембранных установок, можно уменьшить увеличивая коэффициент массопереноса. В свою очередь осуществить увеличение коэффициента массопереноса возможно в основном следующими способами:

— увеличением скорости потока концентрата;

— поддерживанием малых потоков жидкости через мембрануприменением различных способов и устройств, создающих турбулентность потока со стороны концентрата.

Увеличение скорости потока сказывается на эксплуатационной эффективности мембранных систем вследствие уменьшения потока пермеата и увеличении потока концентрата.

Поддерживание малых потоков жидкости через мембрану возможно только при достаточной производительности ультрафильтрационного модуля, т. е при очень большой рабочей площади мембран, умещающихся в компактный модуль [56].

Для создания турбулентности потоков используют различные способы перемешивания. Перемешивание, формирующее перпендикулярные к мембране потоки, часто используются для уменьшения концентрационной поляризации в небольших лабораторных модулях с помощью лопастной мешалки.

Предлагается влияние концентрационной поляризации устранять за счет применения дисковой вращающейся мешалки с различными турбулизирующими элементами [82,83].

В промышленных мембранных аппаратах увеличение конвективного массопереноса растворенных веществ с поверхности мембраны в основной объем жидкости достигается применением ротационных модулей (вращающиеся вокруг центральной оси мембраны). Использование этих способов приводит к большим энергозатратам.

Повышение скорости часто сочетают с использованием турбулизирующих вставок [84]. Общим недостатком применения турбулизаторов является резкое повышение гидравлического сопротивления межмембранного канала, что связано со значительным увеличением энергетических затрат на разделение раствора.

Влияние концентрационной поляризации предлагается уменьшать введением в обрабатываемый поток тонко измельченных твердых частиц [80].

Однако этот способ имеет следующие недостатки: сложность подбора вводимых добавок, обусловленная строгими требованиями, предъявляемыми к геометрической форме и размеру твердых частиц, к их удельному весу и химическому составу. Эти требования во многом зависят от химического состава и природы обрабатываемой жидкости и материала мембраны.

— при изменяющихся характеристиках и химического состава обрабатываемой жидкости, что часто наблюдается при очистке природных и особенно сточных вод, надежность проведения процесса разделения резко падает, а в некоторых случаях процесс останавливается из-за необратимого ухудшения проницаемости мембран.

Увеличение турбулентности потока и вследствие этого увеличение коэффициента массопередачи возможно с помощью подачи газов. Этот способ применим для химических реакторов. Применение этого способа для процессов ультрафильтрации в литературе не отмечено.

В связи с этим возникла необходимость в экспериментальной проверке возможности интенсификации процесса ультрафильтрации с помощью подачи газа.

2.4 Экспериментальная установка и методика исследований.

2.4.1 Выбор типа мембран.

В настоящее время наиболее широкое применение находят полшшрные мембраны [85]. Для ультрафильтрации мембраны изготавливаются из полимерных материалов: полисульфон, полиэфирсульфон, полиакрилонитрил, алифатические полиамиды, ацетат целлюлозы. Сегодня на рынке мембран 76% приходится на лолимерные мембраны, но они имеют следующие недостатки: низкую механическую прочностьограничения по температурехимическую деградацию за счет гидролиза, окисления и др. процессовразрушение вследствие микробного воздействия. Все эти факторы приводят к сокращению ресурса мембран до 1 -3 лет.

Для ультрафильтрации также используются неорганические мембраны. Они изготавливаются из неорганических материалов: керамики, графита. Неорганические мембраны практически лишены недостатков полимерных, но имеют очень крупный собственный недостаток — хрупкость. Данные мембраны могут иметь геометрическую форму только в виде трубок или многоканальных блоков. Следствием такой формы и большой толщины стенок является очень низкая удельная производительность, ведущая к большим капитальным затратам на изготовление установок (большая площадь мембран, повышенная материалоемкость и т. д.).

В начале 90-х годов была разработана технология производства нового типа мембран — композиционных неорганических. К ним относятся металлокерамические мембраны Т1ШМЕМ. Металлокерамические мембраны сочетают в себе с одной стороны лучшие свойства неорганических мембран (стойкость к химическому воздействию, истиранию, коррозии, электропроводность), а с другой стороны не имеют их слабых мест (хрупкость, ограниченность форм изготовления) [86,87].

Металлокерамическая мембрана ТЬШМЕМ состоит из трех слоев: металлической пористой подложки, промежуточного слоя из керамических частиц и фильтрующего слоя из оксидов металлов, например, А1203, ТЮ2, гг02- Благодаря наличию промежуточного слоя из неплотно упакованных частиц компенсируются термические напряжения между металлической подложкой и керамическим фильтрующим слоем. Для фильтрующего слоя использованы ультрадисперсные частицы размером около 100 нм. Размерные эффекты спекания, фазовых и структурных переходов при пластической деформации, свойственные ультрадисперсным частицам, позволяют снизить температуру спекания оксидного слоя и получить путем прокатки мембраны фильтрующий слой с узким распределением пор по размерам. Размер пор мембраны 0,03−0,2 мкм.

По мнению разработчиков и производителей мембраны TRUMEM могут использоваться в самых различных областях промышленности, в том числе таких, как нефтехимия. Металлокерамические мембраны применяются для локальной очистки сточных вод с выделением и регенерацией компонентов, для создания мембранных биореакторов и тонкой очистки нефтепродуктов.

Таким образом, вследствие несомненной перспективности использования металлокерамических мембран, для экспериментальных исследований были выбраны модули с мембранами TRUMEM.

2.4.2 Описание экспериментальной установки.

На рис 2.3 представлена схема экспериментальной установки, которая была использована для исследования процесса очистки воды от эмульгированных нефтепродуктов методом ультрафильтрации.

Экспериментальная установка состоит из следующих элементов.

Циркуляционная емкость 1 объемом 2 м с возможностью заполнения водопроводной водой. Поддержание необходимой для экспериментов температуры воды производится с помощью помещенного в емкость 1 теплообменника 2. Для создания необходимого для ультрафильтрации напора использовались насосы с частотным регулированием MPI GRUNDFOS 9. Заданная концентрация нефтепродуктов в исходной воде создавалась насосом дозатором DMS 2−11 B-PP/E/C-F-1111 °F 6, подающим сырую обезвоженную нефть из емкости 7 в напорный трубопровод. Подача воздуха в напорный.

1-циркуляционная емкость- 2- теплообменник- 3-ротаметр- 4 -термометр- 5 -запорная и регулирующая арматура- 6 -насосдозатор- 7 — емкость нефтепродуктов- 8 — емкость промывной воды- 9 — насос- 10 — манометр- 11- эжектор- 12 — шайбовый смеситель- 13 — сатуратор- 14 — сетчатый фильтр- 15 — ультрафильтрационный мембранный модуль- 16- емкость очищенной воды;

17 — бак-накопитель отходов о о.

Рисунок 2.2 — Экспериментальная установка ультрафильтрационной очистки трубопровод осуществлялась с помощью эжектора 11, после которого был установлен шайбовый смеситель 12. Для насыщения воды воздухом использовался сатуратор 13 объемом 0,5 м³. Водовоздушнонефгяная смесь через сетчатый фильтр 14 подавалась на ультрафильтрационный мембранный модуль с металлокерамическими мембранами 15.

В экспериментальной установке использовался плоскорамный мембранный модуль производительностью до 1м3/ч (Рисунок 2.2). Модуль снабжен каналами для ввода исходного потока, вывода пермеата (фильтрата), ретентат (концентрата) и плоскопараллельными мембранными кассетами.

Вход Корпус Пермеат Мембранная кассета Выход.

Рисунок 2.3 — Схема мембранного модуля.

Основные технические характеристики мембранного модуля представлены в таблице 2.1.

В процессе разделения исходный поток делился на две части:

— ультрафильтрат — поток, глубоко очищенный от тонких коллоидных примесей, эмульгированных масел и нефтепродуктов, поступающий в емкость очищенной воды 16;

— концентрат — поток, обогащенный этими примесями, возвращаемый в циркуляционную емкость 1 или сбрасываемый в бак-накопитель отходов 17.