PL216073B1 - Sposób oczyszczania ścieków zaolejonych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób oczyszczania ścieków zaolejonych, zwłaszcza do ścieków o średnicy kropelek oleju w zakresie 0,1-50 μm, wykorzystujący proces ultrafiltracji.

Oczyszczanie ścieków zaolejonych jest zagadnieniem złożonym. Wynika to z różnorodności olejów, stopnia ich dyspersji, charakteru emulsji i innych czynników. Dlatego nie ma uniwersalnych systemów odolejających. Stosowane metody i urządzenia nadają się w ściśle określonych warunkach. Z tego powodu odolejanie prowadzi się najczęściej z zastosowaniem kilku procesów, takich jak sedymentacja, flotacja, filtracja, adsorpcja, koalescencja, wirowanie, biodegradacja, metody termiczne, chemiczna i termiczna destabilizacja emulsji oraz inne oparte na procesach membranowych.

Konwencjonalne metody oczyszczania ścieków zaolejonych takie jak separacja grawitacyjna, zgarnianie powierzchniowe (ang. skimming), deemulsyfikacja, koagulacja i flokulacja, flotacja rozpuszczonym powietrzem, zastosowanie hydrocyklonów, nie są wystarczająco efektywne zwłaszcza, gdy kropelki oleju są drobno zdyspergowane i ich średnica jest poniżej 20 μm. Ponadto powyższe metody konwencjonalne oczyszczania ścieków zaolejonych posiadają szereg wad jak niska wydajność, wysokie koszty operacyjne, problemy z korozją oraz z wtórnym zanieczyszczeniem.

Proces ultrafiltracji okazuje się być bardzo efektywny w oddzielaniu substancji ropopochodnych, koszty związane z zużyciem energii są niskie, nie stosuje się dodatku chemikaliów oraz instalacja do prowadzenia procesu UF zajmuje mało miejsca.

Znane jest z publikacji S.H. Lee, K.C. Clumg, M.C. Shin, J.I. Dong, H.S. Lee, K.H. Auh, Preparation of ceramic Membranes and application to the crossflow microfiltration of soluble waste oil. Matter. Lett., 52 (2002) 266 et al., zastosowanie ultrafiltracji z użyciem membran ceramicznych (Membralox. średnica porów 0,2 μm lub 0,8 μm) do oczyszczania ścieków zaolejonych o stężeniu substancji ₃ ropopochodnych w zakresie 250-1000 mg/dm (średnia wielkość kropelek oleju w zakresie 1-10 μm) ₃ uzyskując permeatu o zawartości oleju poniżej 6 mg/dm³ oraz strumień permeatu na poziomie 50 dm³ h^-1 m^-2. Z publikacji H. Peng, A.Y. Tremblay, D.E. Veinot, Desalination, 181 (2005) 109-120 znane jest stosowanie membran ceramicznych wykonanych z tlenku glinu (rozmiar por 200-300 nm, grubość 35 μm) do oczyszczania ścieków zaolejonych, gdzie wielkość strumienia permeatu wynosiła

-1 -2 dm³ h^-1 m^-2. Jednak w trakcie procesu konieczne było mycie wsteczne membran.

Oczyszczanie ścieków zaolejonych w procesie UF prowadzono również z zastosowaniem membran kompozytowych, co opisano w publikacji Y.S. Li, L Yana, C.B. Xiang, LJ. Hong, Treatment of oily wastewater by organic-inorganic composite tubular ultrafiltration (UF) Membranes, Desalination

196 (2006) 76-83. W tym sposobie wymagane jest wyższe ciśnienie transmembranowe (10 bar), aby

-1 -2 uzyskać strumień pemieatu na poziomie 50 dm³ h^-1 m^-2. W każdym jednak, z opisanych powyżej sposobów obserwuje się fouling membran i znaczny spadek strumienia permeatu, dlatego wymagane jest częste mycie membran ultrafiltracyjnych.

Współczesne przepisy prawne wymuszają zastosowania metod odolejania pozwalających uzyskać stopień oczyszczenia na poziomie 5 mg/L. Taki stopień oczyszczenia nie można uzyskać metodami konwencjonalnymi, a w przypadku ultrafiltracji także jest trudny do osiągnięcia. Problem ten rozwiązano poprzez zastosowanie przedstawionego rozwiązania.

Sposób oczyszczan ia ścieków zaolejonych, według wynalazku, zwłaszcza do ścieków o średnicy kropelek oleju w zakresie 0,1-50 μm, wykorzystujący proces ultrafiltracji, charakteryz uje się tym, że w procesie ultrafiltracji stosuje się membrany ultrafiItracyjne z polimerów hydrofilowych o charakterystycznym kącie zwilżania nie większym niż 20 ° i o molekularnej granicy rozdzielania od 10 kDa do 50 kDa. Membrany wykonuje się z materiału hydrofilowego, który równocześnie jest olejofobowy.

Korzystnie stosuje się membranę o strukturze asymetrycznej z porami w kształcie litery A.

Korzystnie stosuje się membranę w postaci modułu spiralnego.

Sposób według wynalazku pozwala wyeliminować fouling membran ultrafiltracyjnych związany z obecnością substancji ropopochodnych w oczyszczanych ściekach występujących w formie wolnego oleju, oleju zdyspergowanego lub w formie emulsji (drobnych kropelek o rozmiarze w zakresie od 0,1 μm do 50 μm) lub degradację membrany hydrofilowej spowodowaną obecnością rozpuszczalników organicznych. Proponowana metoda pozwala na oczyszczanie ścieków nawet z małymi kroplami oleju w zakresie 0,1-20 μm, co było nieosiągalne za pomocą wcześniej znanych metod.

PL 216 073 B1

Wynalazek bliżej przedstawiono w poniższych przykładach wykonania. W przykładzie pierwszym i drugim przedstawiono, dla porównania sposób oczyszczania z wykorzystaniem membrany FP100 wykonanej z PVDF, natomiast w pozostałych przedstawiono realizację wynalazku. Kąt zwilżania określa się za pomocą goniometru, w następujący sposób: próbkę materiału - membrany umieszcza się na wypoziomowanej płytce goniometru, następnie umieszcza się kropelkę wody dejonizowanej na testowanym materiale i wykonuje się zdjęcia kropli za pomocą kamery. Otrzymany obraz kropli w powiększeniu pięćdziesięciokrotnym analizuje się z użyciem odpowiedniego oprogramowania w celu wyznaczenia kąta zwilżania. Kąt między styczną do powierzchni kropli, a powierzchnią międzyfazową ciało stałe - ciecz stanowi kąt zwilżania. Kąt zwilżania mierzy się po obu stronach kropli wody w celu sprawdzenia jednorodności kropli. Dla każdej próbki materiału uzyskane pomiary kąta zwilżania dla obu stron kropli wody uśredniano. Wyznaczone wartości kąta zwilżania (°) dla: membrany z PVDF wartość średnia - 65,36 ± 2,56°, a dla membrany hydrofitowej wartość średnia - 17,20 ± 2,2°.

P r z y k ł a d 1 ₃

Oczyszczanie ścieków zaolejonych o średniej zawartości substancji ropopochodnych 50 mg/dm³ średnim rozmiarze kropelek oleju 17 μm (pomiar - Malvern Instrument) prowadzi się na instalacji ₃ pilotowej UF składającej się ze zbiornika nadawy o pojemności 400 dm³ połączonego poprzez kilkustopniową pompę wirową (posiadającą układ regulacji przepływu i ciśnienia) z przemysłowym modułem rurowym, którego wylot połączono poprzez chłodnicę płaszczowo-rurową (utrzymującą zadaną temperaturę procesu) ze zbiornikiem nadawy. Moduł rurowy wyposażony jest w membranę UF wykonaną z PVDF o kącie zwilżania 65° i molekularnej granicy rozdzielania około 100 kDa. Proces UF prowadzi się w sposób ciągły w ciągu 100 godzin stosując ciśnienie transmembranowe 1 bar w temperaturze 25°C. Wartość strumienia permeatu dla membrany PVDF przy ciśnieniu transmembrano3 -1 -2 3 wym 1 bar wynosiła 22 dm³ h^-1 m^-2, a zawartość oleju w permeacie wynosiła średnio 7 mg/dm³.

P r z y k ł a d 2

Sposób prowadzony jak w przykładzie 1, przy czym stosuje się ciśnienie trans membranowe

-1 -2 bary. Wartość strumienia permeatu wynosił 35 dm³ h^-1 m^-2. Zawartość oleju w permeacie wynosiła ₃ średnio 1 mg/dm³, czyli tyle samo co dla ciśnienia 1 bara.

P r z y k ł a d 3

Sposób prowadzony jak w przykładzie 1, przy czym stosuje się przemysłowy moduł spiralny z membraną hydrofilową o kącie zwilżania 19° i molekularnej granicy rozdzielania około 20 kDa.

Oczyszczaniu poddaje się ścieki zaolejone o zawartości substancji ropopochodnych (oleje, smary, ₃ paliwa itp.) wynoszącej 70 mg/dm i rozmiarze kropelek oleju w zakresie od 0,1 do 10 μm (pomiar 3 -1 -2

Malvern Mastersizer 2000) w temp 25°C. Uzyskano strumień permeatu wynoszący 58 dm³ h^-1 m^-2 dla ciśnienia transmembranowego 1 bar przy zawartości substancji ropopochodnych w permeacie UF ₃ w zakresie 1-10 mg/dm³.

P r z y k ł a d 4

Sposób prowadzony jak w przykładzie 3, przy czym stosuje się ciśnienie trans membranowe

-1 -2 bary. Strumień permeatu wynosił 98 dm³ h^-1 m^-2, a zawartość substancji ropopochodnych w perme₃ acie UF była w zakresie 1-2 mg/dm³.

P r z y k ł a d 5

Sposób prowadzony jak w przykładzie 1, przy czym stosuje się przemysłowy moduł spiralny z membraną hydrofilową o kącie zwilżania 19° i molekularnej granicy rozdzielania około 50 kDa.

Oczyszczaniu poddaje się ścieki zaolejone o zawartości substancji ropopochodnych (oleje, smary, ₃ paliwa itp.) 50 mg/dm i rozmiarze kropelek oleju 23 μm (pomiar - Malvern Instrument) prowadząc proces w sposób ciągły przez 100 godzin. Zastosowanie membrany hydrofilowej o wyższej wartości molekularnej granicy rozdzielania 50 kDa do oczyszczania ścieków zaolejonych o większych rozmiarach kropelek oleju (23 μm) nie wpłynęło na zmianę jakości permeatu UF (zawartość oleju w zakresie

3 -1 -2 1-2 mg/dm³), natomiast uzyskano wyższe wartości strumienia permeatu wynoszące 65 dm³ h^-1 m^-2 przy ciśnieniu transmembranowym 1 bar.

P r z y k ł a d 6

Sposób prowadzony jak w przykładzie 5, przy czym stosuje się ciśnienie trans membranowe

-1 -2 bary, a strumień permeatu wynosił 107 dm³ h^-1 m^-2. Zawartość oleju w permeacie była w zakresie 1-2 mg/dm³.

PL 216 073 B1

Claims (1)

1. Sposób oczyszczania ścieków zaolejonych, zwłaszcza do ścieków o średnicy kropelek oleju w zakresie 0,1-50 μm, wykorzystujący proces ultrafiltracji z wykorzystaniem membran ultrafiltracyjnych z polimerów hydrofilowych, znamienny tym, że stosuje się membrany o charakterystycznym kącie zwilżania nie większym niż 20° i o molekularnej granicy rozdzielania od 10 kDa do 50 kDa, o strukturze asymetrycznej z porami w kształcie litery A lub w postaci modułu spiralnego.