Nước được sản xuất từ đầu giếng, nước rửa từ nhà máy thực phẩm và nước đáy tàu từ tàu đều có chung một vấn đề: dầu phải thoát ra trước khi nước có thể được tái sử dụng hoặc thải ra. Khó khăn thực sự không phải là tổng nồng độ dầu mà là kích thước giọt dầu. Dầu tự do trên khoảng 150 micron tăng lên trong vài phút; dầu nhũ hóa dưới 20 micron có thể ổn định trong nhiều tuần. Do đó, một hệ thống tách dầu-nước được thiết kế tốt dựa vào một hệ thống phân chia chứ không phải một máy đơn lẻ, bắt đầu bằng việc loại bỏ thô và hoàn thiện bằng việc đánh bóng phù hợp với mục tiêu xả thải hoặc tái sử dụng. Kỹ sư lập kế hoạch xử lý nước sản xuất hoặc rộng hơn xử lý nước thải công nghiệp các dự án tuân theo cùng một logic: trước tiên hãy mô tả đặc điểm của dòng, sau đó khớp từng công nghệ với trạng thái dầu mà nó thực sự có thể cung cấp.
Tách dầu-nước bắt đầu bằng việc biết trạng thái dầu
Kết luận đầu tiên: chi phí phân tách tăng mạnh khi kích thước giọt giảm. Loại bỏ dầu tự do bằng trọng lực có thể chỉ tốn vài xu trên một mét khối, trong khi loại bỏ dầu nhũ hóa có thể yêu cầu tuyển nổi, lọc hoặc hóa chất với chi phí gấp nhiều lần. Do đó, biết trạng thái dầu trong dòng của bạn là bước quan trọng nhất trong việc xác định phạm vi hệ thống tách dầu-nước. Phân tích kích thước giọt trong phòng thí nghiệm, kết hợp với các thử nghiệm bình đơn giản, cho bạn biết liệu chỉ trọng lực sẽ có tác dụng hay bạn cần thêm tuyển nổi và lọc. Nhiều nhà máy đánh giá thấp tỷ lệ dầu được nhũ hóa trong dòng chảy vào của chúng và sau đó gặp khó khăn với sự dịch chuyển của giấy phép. Khoản đầu tư vài trăm đô la vào phòng thí nghiệm một lần có thể tiết kiệm hàng chục nghìn đô la khi làm lại.
Dầu trong nước thải thường được chia thành bốn trạng thái dựa trên kích thước giọt. Bảng dưới đây tóm tắt từng trạng thái, hành vi của nó và các công nghệ được áp dụng.
| Trạng thái dầu | Kích thước giọt | Hành vi | Công nghệ điển hình |
|---|---|---|---|
| Dầu miễn phí | > 150 micron | Nổi lên trên bề mặt trong vài phút | Bộ tách API, skimmer |
| Dầu phân tán | 20-150 micron | Tăng chậm; nhạy cảm với sự hỗn loạn | Máy kết tụ dạng tấm, hydrocyclone |
| Dầu nhũ hóa | 1-20 micron | Ổn định nhờ chất hoạt động bề mặt | DAF, màng, chất khử nhũ tương |
| Dầu hòa tan | <1 micron | Phân tử; không thể tháo rời bằng trọng lực | Than sinh học, hoạt tính |
So sánh các công nghệ tách dầu-nước cốt lõi
Mỗi công nghệ có một phạm vi hoạt động quyết định vị trí của nó trong chuỗi xử lý. Máy tách API vẫn là bước cơ bản tiết kiệm nhất để tạo ra dầu tự do, nhưng chúng không thể phá vỡ nhũ tương. Máy kết tụ dạng tấm cải thiện khả năng phân tách trọng lực bằng cách rút ngắn khoảng cách thẳng đứng mà các giọt phải dâng lên. Tuyển nổi không khí hòa tan (DAF) gắn các bong bóng siêu nhỏ vào các giọt dầu và ngày nay là bước thứ cấp mặc định cho dầu nhũ hóa trong nhiều nhà máy công nghiệp. Hydrocyclones cung cấp một giải pháp thay thế nhỏ gọn cho dầu tự do và phân tán, đặc biệt là trên các nền tảng ngoài khơi nơi diện tích bị hạn chế. Màng lọc đánh bóng đến mức dầu rất thấp nhưng mang lại nguy cơ bám bẩn và năng lượng cao hơn.
Chất khử nhũ tương hóa học xứng đáng được nhắc đến vì chúng thường là cách ít tốn kém nhất để phá vỡ nhũ tương đặc. Chúng hoạt động bằng cách trung hòa lớp màng phân cách giúp ổn định các giọt nước, cho phép kết tụ lại dưới sự khuấy trộn nhẹ nhàng. Tuy nhiên, chúng làm tăng thêm chi phí vận hành, tạo ra cặn dầu-nước-hóa học và yêu cầu kiểm soát liều lượng cẩn thận, đó là lý do tại sao hầu hết các công trình lắp đặt cố định đều thích các phương pháp vật lý như DAF làm bước thứ hai.
Theo hướng dẫn thiết kế bộ tách API và tài liệu tham khảo xử lý nước thải EPA của Hoa Kỳ, các phạm vi hoạt động này nhất quán trong các cơ sở lọc dầu, hóa dầu, hàng hải và thành phố. Biểu đồ radar dưới đây so sánh ba công nghệ phổ biến theo năm tiêu chí thực tế.
Thiết kế hệ thống tách dầu-nước nhiều giai đoạn
Bắt đầu bằng cách mô tả đặc điểm của dòng chảy vào: phân bố kích thước giọt, nồng độ dầu, nhiệt độ, hàm lượng chất rắn và mục tiêu xả hoặc tái sử dụng. Ví dụ: đối với các hoạt động ngoài khơi ở vùng biển Hoa Kỳ, giới hạn dầu mỡ EPA theo 40 CFR Phần 435 là trung bình hàng tháng là 29 mg/L và tối đa là 42 mg/L hàng ngày. Giấy phép trên đất thường khắt khe hơn nên công đoạn đánh bóng phải có quy mô phù hợp.
Bước 1 - Tiền xử lý. Một màn hình cơ học loại bỏ các chất rắn thô và các mảnh vụn dạng sợi có thể làm tắc nghẽn các phương tiện kết tụ ở hạ lưu và các vòi tuyển nổi. Sàng trống quay là sự lựa chọn nhỏ gọn cho dòng chảy vào mang theo chất rắn lơ lửng.
Màn hình trống quay cho giai đoạn tiền xử lý Màn hình cơ học nhỏ gọn này loại bỏ các chất rắn thô và mảnh vụn dạng sợi khỏi dòng nước chảy vào, ngăn ngừa tắc nghẽn và bảo vệ phương tiện kết tụ ở hạ lưu và vòi tuyển nổi khỏi bị mài mòn. Xem sản phẩm → Bước 2 - Tách trọng lực sơ cấp. Máy tách API hoặc máy kết hợp dạng tấm sẽ loại bỏ phần lớn dầu tự do. Cát lắng xuống trong cùng một bể, bảo vệ máy bơm và dụng cụ hạ lưu khỏi bị mài mòn. Sau đó, máy phân loại cát sẽ khử nước và thải cát đã lắng xuống ở dạng gần như khô.
Máy phân loại cát để tách cát-nước Máy phân loại kiểu trục vít này khử nước và xả cát lắng có độ ẩm dưới 60%, bảo vệ máy bơm và dụng cụ đồng thời giữ cho bể phân tách sơ cấp sạch sẽ và hiệu quả. Xem sản phẩm → Bước 3 - Tuyển nổi thứ cấp. Một thiết bị DAF loại bỏ dầu phân tán và nhũ hóa một phần bằng cách gắn các bong bóng siêu nhỏ vào các giọt nước, làm nổi chúng lên bề mặt để hớt. Máy tuyển nổi không khí nằm ngang tích hợp tốt với bố trí bể chứa hiện có và cần ít không gian hơn so với thiết kế thẳng đứng.
Máy tuyển nổi không khí ngang để loại bỏ dầu Sử dụng các bong bóng siêu nhỏ để làm nổi dầu đã phân tán và nhũ hóa cũng như các chất rắn lơ lửng, thiết bị DAF này nâng cao hiệu quả tách trong khi cần ít không gian hơn, lý tưởng cho quá trình tuyển nổi thứ cấp. Xem sản phẩm → Bước 4 - Đánh bóng. Lọc hộp mực, tách màng hoặc hấp phụ than hoạt tính được thêm vào khi giới hạn cho phép hoặc thông số kỹ thuật tái sử dụng yêu cầu mức dầu dưới mức mà chỉ tuyển nổi có thể đạt tới. Lớp dầu hớt từ thiết bị phân tách có thể được thu hồi nếu khối lượng phù hợp, trong khi bùn dầu từ thiết bị hớt váng DAF thường yêu cầu khử nước trước khi thải bỏ ra ngoài cơ sở. Việc đưa việc xử lý bùn vào dự toán thiết kế sẽ tránh được những bất ngờ trong quá trình vận hành thử.
Trình phân tách API điển hình ở chế độ xem đẳng cự
Danh sách kiểm tra lựa chọn thiết bị tách dầu-nước
Lựa chọn thiết bị dựa trên bảng dưới đây giúp giảm nguy cơ thiếu hoặc quá khổ. Kinh nghiệm hiện trường cho thấy hầu hết các lỗi ở dải phân cách đều xuất phát từ việc bỏ qua một trong sáu tham số này.
| Tiêu chí | Tại sao nó quan trọng | Ý nghĩa thiết kế |
|---|---|---|
| Tốc độ dòng chảy và đỉnh | Kích thước dưới kích thước gây ra hiện tượng nhiễm dầu | Bộ tách kích thước ở lưu lượng trung bình 1,25-1,5x |
| Kích thước giọt distribution | Xác định liệu trọng lực có thể hoạt động hay không | Dưới 20 micron, thêm DAF hoặc màng |
| Nhiệt độ | Nhiệt độ cao hơn làm giảm độ nhớt | Làm nóng dòng lạnh hỗ trợ tốc độ tăng |
| Nồng độ chất rắn | Làm tắc nghẽn các chất kết dính và vòi tuyển nổi | Trước tiên hãy cài đặt màn hình và loại bỏ sạn |
| Hạn chế hóa chất | Một số trang web hạn chế sử dụng chất khử nhũ tương | Thay vào đó hãy chọn cách ly vật lý |
| Giới hạn giấy phép | Đặt yêu cầu đánh bóng | 29 mg/L so với 10 mg/L thay đổi tàu |
Các dấu hiệu cho thấy hệ thống hiện tại chưa đủ kích thước bao gồm lớp dầu bóng có thể nhìn thấy trong nước thải, hộp lọc bị tắc trong nhiều ngày và mức tiêu thụ hóa chất tăng cao đối với cùng chất lượng thức ăn. Trước khi đầu tư vào thiết bị mới, hãy đo lường sự phân bổ kích thước giọt thực tế trong ít nhất một chu kỳ sản xuất đầy đủ; đỉnh ngày thường làm thay đổi trạng thái dầu nhiều hơn nồng độ trung bình.
Câu hỏi thường gặp về tách dầu-nước
Q1. Máy tách dầu-nước là gì?
Bộ tách dầu-nước loại bỏ dầu khỏi nước bằng cách sử dụng chênh lệch mật độ, sự kết tụ, tuyển nổi, lọc hoặc tác động hóa học. Các loại phổ biến bao gồm máy tách API, máy kết hợp dạng tấm, bộ DAF và hệ thống màng.
Q2. Máy tách dầu-nước API hoạt động như thế nào?
Bộ tách API cung cấp dòng chảy không hoạt động và thời gian lưu lâu, thường là 1,5-2 giờ, do đó dầu tự do nổi lên bề mặt để hớt trong khi chất rắn lắng đọng tích tụ ở đáy.
Q3. Sự khác biệt giữa dầu tự do và dầu nhũ hóa là gì?
Dầu tự do tồn tại dưới dạng những giọt lớn hơn khoảng 150 micron và phân tách bằng trọng lực. Dầu nhũ hóa là những giọt nhỏ dưới 20 micron được ổn định bằng chất hoạt động bề mặt, cần tuyển nổi, màng hoặc chất khử nhũ hóa hóa học.
Q4. Làm thế nào để bạn tách dầu khỏi nước sản xuất?
Xử lý nước sản xuất sử dụng một hệ thống nhiều giai đoạn: hydrocyclones hoặc tấm tách dầu, DAF để đánh bóng thứ cấp và lọc hoặc xử lý sinh học nếu yêu cầu giới hạn xả hoặc bơm lại.
Q5. Giới hạn xả dầu và mỡ là bao nhiêu?
Tiêu chuẩn ngoài khơi của EPA Hoa Kỳ đối với nước sản xuất là trung bình hàng tháng là 29 mg/L và tối đa là 42 mg/L hàng ngày theo 40 CFR Phần 435. Giấy phép trên đất liền thường nghiêm ngặt hơn, thường là 10-20 mg/L.
Q6. Chất keo tụ có thể cải thiện khả năng tách dầu-nước?
Đúng. Chất keo tụ nhôm hoặc sắt và chất keo tụ hữu cơ trung hòa điện tích bề mặt và thúc đẩy sự kết tụ của giọt, cải thiện đáng kể DAF và hiệu quả lọc cho nhũ tương chặt.
