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Tecnología de tratamiento de aguas residuales oleosas

Resumen: este artículo presenta los principios, las características y los equipos de eliminación de aceite de las tecnologías comunes de tratamiento de aguas residuales oleosas y resume los métodos de tratamiento de aguas residuales oleosas.

Palabras clave: aguas residuales aceitosas; tecnología; método de tratamiento de aguas residuales

Las aguas residuales aceitosas se producen en grandes cantidades e involucran una amplia gama de áreas, como la minería petrolera, la refinación de petróleo, la industria petroquímica, El almacenamiento y transporte de petróleo y los accidentes de camiones cisterna, el transporte de barcos, la limpieza de vehículos, la fabricación de maquinaria, el procesamiento de alimentos y otros procesos producirán aguas residuales aceitosas. Como contaminación común, la contaminación por petróleo es extremadamente perjudicial para la protección del medio ambiente y el equilibrio ecológico. Actualmente existen muchas tecnologías de separación de petróleo y agua, incluida la separación por gravedad, flotación por aire, granulación gruesa, filtración, adsorción, ultrasonidos, etc. Aún se están desarrollando nuevas tecnologías de eliminación de petróleo. Este artículo presenta los principios y métodos de los eliminadores de aceite.

1 Método de separación por gravedad

El método de separación por gravedad es un método de tratamiento primario típico, que utiliza la diferencia de densidad del petróleo y el agua y la incompatibilidad del petróleo y el agua para separar el petróleo y el agua bajo condiciones estáticas o de flujo Separa gotas de aceite, sólidos suspendidos y agua. Las gotas de aceite dispersas en el agua flotan lentamente en capas bajo la acción de la flotabilidad. La velocidad de flotación de las gotas de aceite depende del tamaño de las gotas de aceite, la diferencia de densidad entre el aceite y el agua y el estado de flujo y la viscosidad del fluido. La relación entre ellos puede describirse mediante las leyes de Stokes y Newton.

1.1 Desengrasante de flujo cruzado [1]

El equipo de desengrasado de aguas residuales oleosas de flujo cruzado se desarrolla sobre la base del desengrasante de placa inclinada y consta del área de acumulación de. ​​las aguas residuales aceitosas y la La zona de separación consta de dos partes.

Las aguas residuales aceitosas pasan primero a través del coalescente de placa transversal, lo que hace que las pequeñas gotas de aceite dispersas se fusionen en gotas de aceite grandes y que las pequeñas sustancias sólidas floculen en partículas grandes. Luego, las gotas de aceite fusionadas y las sustancias sólidas pasan a través del flujo cruzado. Área de placa de separación con canales únicos separados del agua. Cuando se separan petróleo, agua y materia sólida, también se puede separar gas (gas natural).

1.2 Separador coalescente de aceite y agua de placa corrugada [2]

El principio de eliminación de aceite de placa corrugada es principalmente utilizar la diferencia de densidad entre el aceite y el agua para hacer que las gotas de aceite floten en el Onda la cresta de la placa, para separar las perlas de aceite. La clave es utilizar el principio de sedimentación del estanque poco profundo de Hazen para crear placas corrugadas con espaciamiento variable y líneas de flujo de agua variables. La sección transversal del agua cambia y el agua fluye alternativamente en los estados de difusión y contracción, produciendo un flujo de agua pulsante (sinusoidal), lo que aumenta la probabilidad de colisión entre las gotas de aceite, hace que las pequeñas gotas de aceite sean más grandes y acelera la Velocidad de flotación de las gotas de aceite y agua.

1.3 Separador de agua-aceite acumulado [3]

La empresa austriaca Ferrer es la primera en el mundo en desarrollar un separador de agua-aceite de acumulación acelerado por gravedad de placa corrugada integrado CPS. El cartón ondulado es un producto patentado de Ferret. Tiene una base de polipropileno y contiene muchos aditivos que lo hacen lipófilo pero antiadherente y antienvejecimiento. Las placas onduladas se apilan una a una con una separación de 6 mm (cuando el contenido de sólidos en suspensión en el agua es alto se puede utilizar una separación de 12 mm).

1.4 Separador de agua libre de elevación de alta eficiencia [4]

Combina separadores de agua libre horizontales y verticales, adopta un diseño vertical y supera el problema de la interfaz agua-aceite en contenedores verticales Desventajas incluyen un área de cobertura pequeña, una distancia corta entre la interfaz agua-petróleo y la salida de agua del contenedor horizontal y un tiempo de separación insuficiente. La entrada de líquido está situada en el extremo aguas arriba del recipiente tubular. Las gotas de aceite en el agua pueden fusionarse y subir hasta la salida de aceite superior, mientras que el agua desciende hasta la salida inferior y se descarga. El dispositivo tiene un ángulo de elevación inferior a 12 y una longitud de 18. Los diámetros son 1.372 mm y 914 mm.

El método de filtración consiste en hacer pasar las aguas residuales a través de un dispositivo poroso o una capa filtrante compuesta por un determinado medio de partículas y utilizar sus efectos de interceptación, detección y colisión inercial para eliminar la materia suspendida y el aceite en las aguas residuales y otras sustancias nocivas. Hay tres métodos de filtración comúnmente utilizados: filtración en capas, filtración por membrana y filtración con medios de fibra. El método de filtración por membrana, también conocido como método de separación por membrana [5], utiliza membranas microporosas para interceptar perlas de aceite y tensioactivos, y se utiliza principalmente para eliminar aceite emulsionado y aceite parcialmente disuelto. Las membranas filtrantes incluyen membranas de ultrafiltración, membranas de ósmosis inversa y membranas filtrantes híbridas. Los materiales de membrana incluyen membranas orgánicas y membranas inorgánicas. Las membranas orgánicas comunes incluyen membrana de acetato de celulosa, membrana de polisulfona y membrana de polipropileno, y las membranas inorgánicas comunes incluyen membrana cerámica, alúmina, óxido de cobalto y óxido de titanio. El aceite emulsionado se encuentra en un estado estable y es difícil de separar mediante métodos físicos o químicos. Con el rápido desarrollo de la tecnología de membranas, la industria ha ido aceptando y aplicando gradualmente el tratamiento con membranas de aguas residuales de petróleo emulsionado.

3 Método de separación centrífuga

El método de separación centrífuga consiste en girar el recipiente que contiene aguas residuales aceitosas a alta velocidad para formar un campo de fuerza centrífuga. Dado que la densidad de las partículas sólidas y las perlas de aceite es diferente a la de las aguas residuales, la fuerza centrífuga también es diferente, eliminando así las partículas sólidas y las perlas de aceite de las aguas residuales. Un equipo comúnmente utilizado es un separador de hidrociclón. La aplicación de separadores ciclónicos en la separación líquido-sólido comenzó en la década de 1940 y ahora está relativamente madura, pero se utiliza para la separación de petróleo y agua.

La investigación en este ámbito comenzó mucho más tarde. Aunque los principios básicos de la separación líquido-sólido y de la separación líquido-líquido son los mismos, las geometrías de los dos dispositivos son bastante diferentes. El separador ciclónico desengrasante se originó en el Reino Unido. Desde el siglo XX

Desde finales de la década de 1960, el Laboratorio de Separación Mecánica y Flujo Multifásico dirigido por el profesor Martin Thew de la Universidad de Southampton en el Reino Unido comenzó a estudiar los separadores ciclónicos para la eliminación de aceite en agua e inventó los separadores ciclónicos de doble fase. Separador de flujo de fase con doble entrada.

Separador ciclónico líquido-líquido. Durante la prueba se lograron resultados satisfactorios. Posteriormente, Young GAB et al. diseñaron un ciclón único con el mismo rendimiento de separación que el ciclón de doble cono, pero la capacidad de procesamiento era el doble.

Separador ciclónico cónico. Después del diseño de optimización geométrica, ConocoPhillips lanzó el separador ciclónico tipo K, que tiene una mejora más obvia en el rendimiento de separación de gotas de aceite con un diámetro inferior a 10 μm. Debido a que el separador ciclónico

La tecnología de eliminación de petróleo ciclónica tiene muchas ventajas únicas, se ha convertido en un equipo estándar insustituible para el tratamiento de aguas residuales aceitosas en los países desarrollados, especialmente en plataformas de exploración petrolera marinas.

4 Método de flotación

La flotación por aire, también conocida como flotación por aire, es una tecnología de tratamiento de agua que se está estudiando y promoviendo en profundidad en el país y en el extranjero. Este método consiste en introducir aire u otros gases en el agua para generar pequeñas burbujas, lo que hace que algunas pequeñas perlas de aceite suspendidas y partículas sólidas en el agua se adhieran a las burbujas y floten hacia la superficie del agua con las burbujas para formar espuma (capa de espuma aceitosa). ), y luego retire el aceite con una espumadera adecuada. Este método se utiliza principalmente para tratar aceite disperso, aceite emulsionado y sólidos finos suspendidos con un tamaño de partícula de 10 ~ 60 μm que permanecen en el agua después de ser tratados por la trampa de grasa. El contenido de aceite en el efluente se puede reducir a 20 ~ 30 mg/. L. Según la generación de burbujas Dependiendo del método, la flotación por aire se puede dividir en flotación por aire presurizado, flotación por aire inflable y flotación por aire electrolítica, entre las cuales la flotación por aire disuelto presurizado es la más utilizada.

5 Método de oxidación biológica

La oxidación biológica es un método de depuración de aguas residuales mediante la acción bioquímica de microorganismos. El petróleo es una materia orgánica hidrocarbonada que puede descomponerse en dióxido de carbono y agua mediante el metabolismo microbiano y otras actividades vitales. La mayor parte de la materia orgánica de las aguas residuales aceitosas está disuelta y emulsionada, con una alta DBO5, lo que favorece la oxidación biológica. Para aguas residuales y otras sustancias nocivas biodegradables con una concentración de aceite inferior a 30 ~ 50 mg/L, a menudo se utiliza un tratamiento bioquímico, principalmente para eliminar el aceite disuelto en las aguas residuales. Los métodos de tratamiento bioquímico comúnmente utilizados para aguas residuales aceitosas incluyen el método de lodos activados, el método de filtración biológica y el método de disco giratorio biológico. El método de lodos activados tiene buenos efectos de tratamiento y se utiliza principalmente para tratar aguas residuales con altos requisitos y calidad de agua estable. En comparación con el método de lodos activados, el método de biopelícula se adhiere a la superficie del soporte de relleno, lo que permite que existan microorganismos con una velocidad de reproducción lenta, formando así un ecosistema estable. Sin embargo, debido a la dificultad para controlar el número de microorganismos adheridos a la superficie del soporte, la flexibilidad de funcionamiento es escasa y la carga volumétrica es limitada.

6 Método químico

El método químico, también conocido como método químico, es un método de adición de productos químicos para convertir los contaminantes de las aguas residuales en sustancias inofensivas mediante la acción química, de modo que las aguas residuales puedan purificarse. . método. Los métodos químicos comúnmente utilizados incluyen neutralización, precipitación, coagulación, redox, etc. La coagulación se utiliza principalmente para aguas residuales aceitosas. El método de coagulación consiste en agregar una cierta proporción de floculante a las aguas residuales aceitosas. Después de la hidrólisis en agua, las micelas cargadas positivamente y el aceite emulsionado cargado negativamente se neutralizan eléctricamente, las partículas de aceite se agregan y el tamaño de las partículas aumenta. Al mismo tiempo, se genera un flóculo para absorber finas gotas de petróleo y luego el petróleo y el agua se separan mediante sedimentación o flotación por aire. Los floculantes comunes incluyen floculantes inorgánicos como cloruro de polialuminio (PAC), cloruro férrico, sulfato de aluminio y sulfato ferroso, y floculantes de polímeros orgánicos como acrilamida y poliacrilamida (PAM). Los diferentes floculantes tienen diferentes dosis y valores de pH. Este método es adecuado para gotas de aceite emulsionadas y otros sólidos finos suspendidos que no pueden separarse mediante sedimentación por gravedad.

7 Método de adsorción

El método de adsorción utiliza materiales lipófilos para absorber aceite disuelto y otra materia orgánica disuelta en aguas residuales. El material absorbente de aceite más comúnmente utilizado es el carbón activado, que puede absorber aceite disperso, aceite emulsionado y aceite disuelto en aguas residuales. Debido a la limitada capacidad de adsorción del carbón activado (generalmente 30-80 mg/g de aceite), su alto costo y la dificultad de regeneración, generalmente solo se usa como última etapa del tratamiento de múltiples etapas de aguas residuales oleosas y el aceite efluente. la concentración se puede reducir a 0,1-0,2 mg/g. 1976 El tratamiento de aguas residuales de la refinería de Hunan Changling adopta la adsorción de carbón activado para un tratamiento avanzado. También se han logrado algunos resultados útiles en el desarrollo de nuevos adsorbentes en el país y en el extranjero. Las investigaciones han descubierto que el grafito en escamas puede absorber el petróleo pesado liberado de los derrames de petróleo de los petroleros en alta mar y separarse fácilmente del agua. La resina de adsorción es un nuevo tipo de material de adsorción orgánico desarrollado en los últimos años. Tiene un buen rendimiento de adsorción y una fácil regeneración, y tiene una tendencia a reemplazar gradualmente al carbón activado. Cada vez más personas en la industria están estudiando la síntesis y aplicación de resinas eficientes que absorben aceite [6]. Las investigaciones muestran que los materiales absorbentes de aceite de polipropileno se pueden usar para adsorber, separar y recuperar sustancias oleosas en las aguas residuales de la industria petrolera, y se pueden seleccionar métodos de purificación apropiados en función de las condiciones iniciales, los requisitos finales, el flujo de agua y otros factores de las aguas residuales. Además, también se pueden utilizar como materiales absorbentes de aceite cenizas volantes, bentonita modificada, carbón sulfonado, coque triturado, fibra orgánica, fieltro absorbente de aceite, ceramsita, arena de cuarzo, aserrín, paja, etc. Una vez que el material absorbente de aceite se satura con aceite, se puede reciclar o utilizar directamente como combustible según la situación específica.

8 Método de grano grueso

El método de grano grueso aprovecha la enorme diferencia en la afinidad del aceite y el agua en relación con los aglomerados.

Las partículas de aceite son capturadas por el material y retenidas en la superficie y los poros del material para formar una película de aceite. Cuando la película de aceite aumenta hasta cierto espesor, bajo la acción de la fuerza hidráulica y la flotabilidad, la película de aceite se cae y se fusiona en partículas de aceite más grandes. Según la fórmula de Stokes, la velocidad de flotación de las partículas de aceite en el agua es proporcional al cuadrado del diámetro de las partículas de aceite. Después de la coalescencia, las partículas se pueden separar fácilmente del agua mediante gotas de aceite más grandes. Después de la granulación gruesa, el contenido de aceite de las aguas residuales y las propiedades del aceite sucio no cambian, pero el aceite es más fácil de eliminar mediante separación por gravedad.

8.1 Nuevo agente desengrasante de alta eficiencia [7]

La eliminación de aceite por ciclón, la eliminación de aceite de partículas gruesas y la tecnología de eliminación de aceite de placa inclinada se reconocen actualmente como tecnologías de eliminación de aceite de alta eficiencia. El removedor de aceite de alta eficiencia es un removedor de aceite integrado eficiente que integra las tecnologías de eliminación de aceite de alta eficiencia mencionadas anteriormente.

La estructura general está diseñada para ser horizontal, compuesta por una sección de ciclón (sección de vórtice) de grano grueso y una sección de desengrase de placa inclinada. No sólo puede mejorar la eficiencia de eliminación de aceite, sino que también facilita la operación y reduce el espacio. De acuerdo con las características del agua producida en el campo petrolífero de Jianghan, se adopta el desengrasado de grano grueso en dos etapas y el desengrasado con placa inclinada en dos etapas. Cuando la importación ρ (aceite) es inferior a ≤ 1 000 mg/L, el punto de venta cumple con el requisito de importación de que el equipo de procesamiento posterior (filtro) ρ (aceite) sea inferior a 30 mg/L

8.2 Tecnología de separación de agua y aceite de EPS [8]

El separador de agua y aceite de EPS es un dispositivo de separación de agua y aceite eficiente y avanzado. Combina tecnología avanzada de desengrase de placas y coalescencia de partículas gruesas, integrando pretratamiento de aguas residuales, separación de agua y aceite, sedimentación secundaria y recuperación de petróleo. Tiene las características de bajos costos de instalación y operación, buen efecto de separación de aceite y agua y operación y mantenimiento convenientes. Es una actualización de los tanques de eliminación de aceite verticales y los dispositivos de eliminación de aceite de placa inclinada (como el dispositivo de eliminación de aceite (API) del Instituto Americano del Petróleo, el dispositivo de eliminación de aceite de placa inclinada (CPI) de placa corrugada, el dispositivo de eliminación de aceite de placa inclinada paralela (PPI), etc. .) producto. Los separadores de agua y aceite de EPS se han utilizado en Corea del Sur, Estados Unidos, Polonia, India, Tailandia, China y otros países, y el efecto del tratamiento de aguas residuales es generalmente bueno.

9. Tecnología de deshidratación sónica, por microondas y ultrasónica

Las ondas sonoras pueden acelerar la coalescencia de las gotas de agua y mejorar la eficiencia de la deshidratación del petróleo crudo. Las ondas ultrasónicas pueden reducir el consumo de energía y la cantidad; de desemulsionante las microondas no solo pueden reducir la estabilidad de la emulsión también pueden calentar la emulsión para promover aún más la coalescencia de las gotas de agua. Tiene buenas perspectivas de aplicación para resolver el problema de la deshidratación profunda del petróleo crudo con propiedades complejas causada por la recuperación de petróleo terciario. en antiguos yacimientos petrolíferos del este de mi país.

Microondas se refiere a ondas electromagnéticas con una frecuencia de 300 MHz ~ 300 GHz [9]. La tecnología de tratamiento de agua por microondas es una nueva tecnología que utiliza las fuertes funciones de catálisis, penetración, suministro selectivo de energía y eliminación de microbios del campo de microondas para tratar el agua.

El ultrasonido es una onda mecánica de alta frecuencia, su frecuencia generalmente está entre 2 × 104 ~ 5 × 108 Hz y tiene las características de energía concentrada y un fuerte poder de penetración. Las ondas ultrasónicas pueden producir efecto de coagulación, efecto de cavitación o efecto de cavitación en el agua [10]. Cuando las ondas ultrasónicas pasan a través de una solución que contiene aguas residuales, pequeñas gotas de aceite vibran con el agua. Sin embargo, debido a las diferentes velocidades de vibración relativas de partículas de diferentes tamaños, las gotas de aceite chocarán y se unirán entre sí, provocando que aumente el volumen de las gotas de aceite. Más tarde, debido a que las partículas se hicieron más grandes, no pudieron vibrar con las ondas sonoras y solo pudieron moverse de manera irregular. Finalmente, las pequeñas gotas de aceite en el agua se condensan y flotan, y el efecto de separación de aceite y agua es bueno. Cuando se realiza el tratamiento ultrasónico de aguas residuales de aceite emulsionado, primero es necesario determinar la frecuencia de sonido óptima mediante experimentos; de lo contrario, puede producirse un efecto de trituración ultrasónico que afectará el efecto del tratamiento. En la actualidad, los académicos nacionales y extranjeros han utilizado tecnología ultrasónica para degradar docenas de contaminantes en el agua. Sin embargo, la mayoría de los objetos de investigación son sistemas de simulación de un solo componente. Las aguas residuales reales a menudo contienen una variedad de contaminantes. El tratamiento aún está por verse. Además, la mayor parte de la investigación actual sobre el uso de tecnología ultrasónica para degradar contaminantes en el agua pertenece a la etapa de laboratorio. Debido a la insuficiencia de investigaciones sobre el mecanismo de degradación, la cinética de reacción, el diseño del reactor y la amplificación del proceso de reacción sonoquímica, actualmente se encuentra en etapa de investigación. Ingeniería difícil de lograr.

10 Tecnología combinada ultrasónica/electroquímica [9]

Utilizando el efecto de cavitación de las ondas ultrasónicas, el electrodo no formará una capa de cobertura durante la reacción electroquímica, evitando así la reducción del electrodo. actividad El efecto de cavitación ultrasónica también favorece el proceso electrocatalítico sinérgico para producir ·OH y acelerar la descomposición de contaminantes en las aguas residuales.

Las ondas ultrasónicas también pueden dispersar completamente la materia orgánica en soluciones acuosas, mejorando así en gran medida la capacidad de procesamiento del reactor. Mizera et al. encontraron que sin ultrasonido, la tasa de descomposición del fenol era solo del 50%. Cuando se utilizaron ondas ultrasónicas de 25 kHz y 104 W/m2, la tasa de descomposición del fenol aumentó al 80%. Liu Jing y otros utilizaron una combinación de ultrasonido y electroquímica.

El tratamiento de las aguas residuales de impresión y teñido muestra que bajo el efecto sinérgico de las ondas ultrasónicas y los campos eléctricos, la tasa de decoloración de las aguas residuales es mucho mayor que la del uso de ondas ultrasónicas únicamente.