مطالعه و بررسی روش های تصفیه پساب های نفتی

تدوین استراتژی های سرمایه گذاری در بخش بالادستی صنعت نفت ایران
دی ۱۰, ۱۳۹۶
رفتار فازی سیالات گاز میعانی(معرفی کتاب)
دی ۱۷, ۱۳۹۶

مطالعه و بررسی روش های تصفیه پساب های نفتی

 

چکیده

 

امروزه پساب های صنعت نفت در زمره مهم ترین پساب های الاینده محیط زیست می باشند. تخلیه این  پساب ها به محیط پذیرنده یا استفاده مجدد و بازیابی آن ها، مستلزم تامین استانداردهای زیست محیطی می باشد. بنابراین بررسی روش های مختلف کاهش بار آلودگی این فاضلاب ها و همچنین دستیابی به تکنولوژی های کم هزینه و با عملکرد بالادر تصفیه این پساب ها از اهمیت به سزایی برخوردار است. در این مقاله فرایندهای مختلف تصفیه پساب تولید شده در واحدهای صنعت نفت مورد بحث و بررسی قرار گرفته و فناوری­های جدید مورد استفاده در این حوزه معرفی خواهد شد.

 

کلمات کلیدی: پساب نفتی، API، DAF، تصفیه بیولوژیکی، جداسازی غشایی.

 

  • مقدمه*

یکی از عمده­ترین مشکلات محیط­زیست در قرن حاضر پساب­های نفتی تولید شده توسط مراکز صنعتی خصوصاً پالایشگاه­ها و مراکز پخش مواد نفتی می­باشد.(۲۹) پساب­های حاوی مواد نفتی و امولسیون های نفت-آب دو آلاینده اصلی تخلیه شده به محیط­زیست است.(۲) میزان پساب­های تولید شده سالانه بالغ بر میلیون­ها تن می باشد. مواد زائد امولسیون نفتی به سختی به صورت بیوشیمیایی تجزیه می­گردد و سبب تخریب و آسیب رساندن به محیط­زیست می­گردد. جمع­آوری پساب از منابع مختلف و ذخیره در تانک های نگهدارنده معمولاً مشکلات را چندین برابر می کند.(۱۸) آلودگی پساب روغنی به صورت های زیر آشکار است:(۱۴)

 

  • آلودگی منابع آب های زیرزمینی و سطحی و تهدید منابع آبزی
  • به خطر انداختن سلامت انسان ها
  • آلودگی هوا
  • آلودگی گیاهان
  • تخریب مناظر طبیعی

بنابراین، این مواد زائد بدون پیش تصفیه نباید به محیط­زیست تخلیه شوند حتی اگر به میزان قابل توجهی هم رقیق شده باشد.(۱۹) دفع پساب­های نفتی با کیفیت منطبق بر استانداردهای محیط­زیستی یک چالش عمده در صنعت نفت است. امروزه، بیشتر توجهات بر روی تکنیک­های تصفیه پساب نفتی متمرکز شده است و بنابراین، تصفیه پساب­های نفتی به یک مسئله اضطراری تبدیل شده که باید در هر یک از میدان­های نفتی و یا شرکت­های مناطق نفتخیز کشور مورد بررسی و حل و فصل قرار گیرد.(۳۹)

مطابق با قانون پاک (CWA) ایالات متحده آمریکا، قوانین استانداردهای تخلیه فاضلاب و پساب صنعتی کشور مالزی و همچنین اتحادیه اروپا، غلظت نفت و چربی در آب بازیافتی به ترتیب نباید بیش از مقادیر PPM 15، PPM 10 و PPM 5 باشد.(۷) از اینرو، امولسیون نفت در آب در محدوده PPM 100-1000 به عنوان آلاینده عمده در نظرگرفته می شود. (۳۸) بنابراین، تمرکز صنایع نفت در حال حاضر بر روی  توسعه روش­های تصفیه پساب نفتی از طریق فن­آوری­های کم هزینه و با عملکرد بالا است.(۳۸) روش­های تصفیه آب و پساب آلوده به ترکیبات نفتی شامل انواع  روش­های فیزیکی مانند جذب، جداسازی­های ثقلی یا API، شناورسازی، فیلتراسیون و غشایی؛ انواع فرایند های شیمیایی نظیر انعقاد الکتروشیمیایی و اکسیداسیون پیشرفته و انواع روشهای بیولوژیکی مانند برکه تثبیت و بی­هوازی می­باشد. هر کدام از این روش­ها محاسن و معایبی دارند. راندمان فرایند بیولوژیکی پائین اما ارزان، ولی راندمان و سرعت تصفیه روشهای شیمیایی بالا اما هزینه بر است. روش­های فیزیکی تنها آلودگی را از فازی به فاز دیگر می­برند اما در مرحله اول تصفیه کارا و مفید است.(۱۳-۱۶) جداسازی روغن و گریس به شرایط مخلوط روغن-آب وابسته است، بنابراین لازم است در انتخاب تجهیزات مورد نیاز دقت کافی صورت گیرد. نحوه ی وجود روغن و گریس در پساب به شکل مخلوط­های روغن-آب را می توان به انواع آزاد، پراکنده، معلق و محلول دسته­بندی کرد. مخلوط آزاد بیان گر مخلوطی حاوی قطراتی با اندازه­ی بزرگتر یا مساوی ۱۵۰ میکرون است، در حالیکه اندازه قطرات در مخلوط پراکنده در محدوده­ی بین ۲۰ تا ۱۵۰ میکرون است و در مخلوط معلق کوچکتر از ۲۰ میکرون است. پساب حاوی مخلوط روغن-آب محلول به شکل مایعی است که در آن روغن به شکل قطره حضور ندارد (در این حالت عملاً اندازه قطرات کوچکتر از ۵ میکرون خواهد بود). در شکل ۱ طبقه­بندی و محدوده­ی اندازه­ی قطرات موجود در پساب نمایش داده شده است.(۹)

شکل۱:  طبقه­ بندی انواع پساب حاوی مخلوط روغن-آب.

  • روشهای جداسازی پسابها
    • جدا کننده های API

 

بسیاری از واحدهای نفت و گاز و پتروشیمی از جداکننده­های API به عنوان اولین )و حتی می­توان گفت مهم ترین( مرحله جداسازی روغن و ذرات معلق در فرایند تصفیه پساب­های خود استفاده می­کنند. این جداکننده­ها با بهره­گیری از نیروی گرانش مقادیر زیادی از قطرات روغن و ذرات جامد معلق را پیش از فرایند تصفیه بعدی جمع­آوری می کند. این فرایند بعدی معمولاً شامل نوع دیگری از جداکننده های روغن آب به همراه روش­های پیشرفته­تر معمولاً بیولوژیکی(تصفیه برای جدا کردن مواد آلی محلول) است.

جداکننده های API بر اساس قانون استوکس عمل می کنند. عاملی که باعث بالا رفتن ذرات روغن تا سطح می شود اختلاف چگالی روغن و پساب است. این اختلاف معمولاً بسیار کم تر از اختلاف بین چگالی ذرات جامد معلق) TSS یا(Total Suspended Solids  و پساب است. از این رو ذرات جامد معلق در واحد جداسازی ته نشین می شوند. بنابراین هم روغن و هم ذرات جامد معلق در جداکننده API از پساب جمع­آوری می شوند.(۲۱)

مهندسانی که با کاربرد جداکننده های API سر و کار دارند باید نسبت به وجود باور غلط در زمینه عملکرد آن ها آگاهی کافی داشته باشند. یکی از باورهای نادرست این است که این گونه جداکننده ها به صورت دائمی درصد مشخصی قطرات روغن و ذرات جامد را از پساب جمع­آوری می­کنند. در عمل مقدار، توزیع اندازه و چگالی قطرات روغن و ذرات جامد معلق در شرایط کاری مختلف کاملاً متفاوت می باشد. بنابراین میزان جمع­آوری آن ها نیز متفاوت خواهد بود. بعضی شرایط کاری نظیر فرایند پمپ کردن پساب به جداکننده ها ممکن است موجب در هم شکستن و در نتیجه ریزتر شدن قطرات روغن گشته و در نتیجه از جداسازی آن ها جلوگیری شود. به طور کلی میزان جداسازی باید در هر مورد به صورت جداگانه ارزیابی شود.

ذرات معلق روغن موجود در پساب مشکلی اساسی برای جداکننده های API موجود ایجاد می کنند. این نوع جداکننده ها برای جداسازی ذرات روغن با اندازه ی بزرگ تر از ۱۵۰  میکرون طراحی شده اند و هر عاملی که درصد ذرات روغن کوچک تر از ۱۵۰ میکرون را افزایش دهد کارایی جداکننده را تحت تأثیر قرار خواهد داد. آب شور و مواد قلیایی از جمله مواردی هستند که سایز قطرات روغن را تغییر داده و ذرات معلق روغن را پدید می آورند.(۳۵)

به طور کلی می توان گفت که جداکننده های API یکی از مهم ترین مراحل تصفیه پساب های صنایع نفت و گاز و واحدهای پتروشیمی بوده و طراحی مناسب و انتخاب درست تجهیزات جانبی برای عملکرد مطلوب آن ها ضروری است. همچنین باید به مواردی نظیر سنگین تر شدن نفت خام مورد پالایش و وجود آب شور و مواد قلیایی در پساب توجه کافی شود. کارکرد اصلی یک جداکننده روغن-آب (همانند یک جداکننده API ) جداسازی روغن آزاد از پساب است. این گونه جدا کننده ها قابلیت جداسازی قطرات روغن کوچکتر از اندازه روغن آزاد را ندارند.(۶)  برخلاف نفت آزاد یا شناور تخلیه شده در دریاها، دریاچه ها یا رودخانه ها، اکثر فاضلاب های صنعتی در میان آلاینده های اصلی خود حاوی امولسیون های نفت در آب می باشند.  به دلیل نیروهای دافعه الکترواستاتیکی، در قطرات نفت امولسیون شده با قطرهای حدود میکرومتر جهت تبدیل آن ها به ذرات بزرگتر انعقاد خودبخودی صورت نمی­گیرد، در نتیجه جداسازی نفت توسط روش های ثقلی ساده یک فرآیند سخت و زمانبر است.(۴۱)

 

  • فرایندDAF

 

روش شناورسازی هوای محلول (DAF)  بطور گسترده برای تصفیه امولسیون نفت-آب مورد استفاده قرار گرفته است. ته­نشینی گرانشی یا ثقلی به دلیل حضور قطرات بسیار ریز، که میزان ته­نشینی بسیار کم است. معمولاً یک روش تصفیه عملی برای امولسیون پایدار نفت نیست.DAF به منظور افزایش اختلاف شناوری قطرات امولسیون نفت، از طریق اتصال حباب های کوچک هوا استفاده می­شود و یک روش قابل اعتماد جداسازی و نیز ساده برای بکار گرفتن است.(۲۰) البته به کارگیری یک مرحله پیش تصفیه قبل از فرایند شناورسازی منجر به افزایش بازدهی این فرایند می­گردد. یک مخزن شناورسازی با هوای محلول به دو قسمت تقسیم می شود. بخش اول تحت نام ناحیه تماس توسط یک صفحه از ناحیه جداسازی، جدا شده است. هدف از تأمین ناحیه تماس ایجاد فضایی مناسب برای برخورد ذرات و چسبیدن لخته­ها و حباب های هوا به یکدیگر است. حباب های هوای چسبیده به لخته ها را توده لخته-حباب می نامند. آب حاوی سوسپانسیونی از توده لخته-حباب، حباب های آزاد و ذرات لخته ای که به حباب ها نچسبیده اند، به ناحیه جداسازی جریان پیدا می کند. در این ناحیه حباب­های آزاد و توده لخته-حباب به سطح آب صعود نموده و لایه شناور شده از روی سطح مخزن جمع­آوری می گردد. آب زلال تولید شده از قسمت پایینی مخزن خارج می شود. به طور معمول پس از مخزن های استاندارد، یک صافی شنی وجود دارد و جریان برگشتی می تواند از پیش و یا پس از صافی گرفته شود.(۱۱-۲۶)

نحوه ی عملکرد به این شکل است که هوای فشرده تحت فشار در پساب حل می­شود. با کاهش فشار حباب های کوچک هوا به قطرات نفت متصل شده و آن ها را به سمت سطح جداکننده بالا می برند.(۲۶)  اغلب امکانات DAF در محدوده فشار ۴۰۰-۶۰۰ کیلو پاسکالی طراحی و اداره می شود، انرژی مورد نیاز برای تولید حباب­های هوا دارای هزینه های عملیاتی قابل توجهی است و وابسته به فشار اشباع و میزان بازیافت می باشد.  با این­حال، فشار و نرخ بازیافت مورد استفاده در DAF از دهه­ی ۱۹۶۰  خیلی تغییر نکرده است. برای تصفیه کارامد میکرو حباب­های با اندازه LM 100 مورد نیاز است و در سال­های اخیر تولید میکرو حباب ها مورد بررسی قرار گرفته است.  لذا اندازه حباب یک ویژگی مهم در DAF و مؤثر بر عملکرد برخورد، اتصال ذرات به حباب و سرعت صعود حباب است؛ اکثریت حباب­های در محدوده تماس اندازه LM 40-80 دارند.  اندازه حباب ها همزمان با صعود از پایین مخزن تا نزدیکی منطقه جدایی رشد می کند. هر چند که رشد کم است.  حباب های هوای اصلاح نشده  همانند قطرات روغن دارای بار منفی هستند که با تغییر بار میکرو حباب ها به بار مثبت و درنتیجه افزایش همبستگی قطرات نفت و حباب ها به یکدیگر می­توان این نقص را برطرف نمود.(۲۰)  معمولاً در این فرایند از مواد شیمیایی منعقدکننده نظیر (Alum) یا نمک های آهن نیز استفاده می شود. لازم به توضیح است که آلوم ترکیبی معدنی است که معمولاً شامل سولفات آلومینیوم، آب و سولفات عنصر دیگری می باشد. مهم ترین آلوم ها حاوی سولفات پتاسیم(K2SO4∙Al2(SO4)3∙۲۴H2O)  سولفات آمونیوم یا سولفات سدیم هستند. Al-Shamrani و همکاران،(۲۱) در سال ۲۰۰۲ آزمایش جداسازی آب و نفت به روش DAF را با یک پیش تصفیه بوسیله سولفات آلومینیوم بعنوان لخته­کننده انجام دادند که به حذف نفت بیش از ۹۰ درصد منجر گردید.(۶)  همچنین میزان BOD و COD در فرایند تصفیه با استفاده از شناورسازی توسط هوای محلول به ترتیب برابر ۷۶ تا ۹۴ درصد و ۷۲ تا ۵/۹۲ درصد گزارش شده اند.(۱۷) این گونه جداکننده ها توانایی کاهش میزان روغن و گریس موجود در پساب تا مقداری بین ۱ تا ۲۰  میلی­گرم بر لیتر را دارند. از جمله معایب این جداکننده­ها هزینه­های عملکردی سیستم افزایش فشار، هزینه­های مواد شیمیایی و هزینه­های تعمیر و نگهداری کمپرسورها و سیستم لوله کشی است.(۲۱)

 

  • فرایندهای انعقاد الکتریکی

 

انعقاد الکتریکی نیز می­تواند یکی از گزینه­های تصفیه پساب خروجی صنایع باشد، در سال­های اخیر این روش به طور موفقیت­آمیز در جداسازی آلودگی­های روغنی و نفتی موجود در پساب خروجی صنایع مختلف اجرا شده است.(۸-۳۲) فرایند انعقاد الکتریکی شامل ناپایدارساری ذرات معلق، کلوئیدی و محلول در یک محیط آبی با استفاد از جریان الکتریکی است که طی آن ذرات با کاهش بار سطحی بر نیروی وآندروالس بین خود غلبه کرده و تولید لخته می نماید.(۲۲)  روش انعقاد الکتریکی به دلیل انطباق و سازگاری با محیط زیست، اخیراً مورد استقبال قرار گرفته است، با مقایسه این روش با روش­های سنتی تصفیه، مزایای آن هرچه بیش تر آشکار می شود. از آن جمله می توان به تجهیزات ساده، بهره برداری آسان، زمان تصفیه کوتاه تر، کاهش استفاده از مواد شیمیایی افزودنی، تولید لجن کمتر و سرعت بالای رسوب لخته­های منعقد شده اشاره کرد. به علاوه نشان داده شده است که انعقاد الکتریکی می­تواند به عنوان یک روش منطقی و تأثیرگذار برای کاهش یا جداسازی محدوده متنوعی از آلاینده­ها و پساب ها مورد استفاده قرارر گیرد.(۱۲)

 

  • روش های انعقاد شیمیایی

 

انعقاد و لخته­سازی مفاهیمی نزدیک به هم هستند و گاهی به جای یکدیگر به کار می روند. می­توان انعقاد و لخته­سازی را به ترتیب به مراحل اختلاط سریع و ایجاد لخته نسبت داد. به عبارت دیگر فرایند انعقاد به صورت ایجاد ناپایداری در ذرات معلق و کلوئیدی موجود در آب و انجام لخته سازی با نزدیک کردن این ذرات به یکدیگر و تشکیل ذرات وزین تر تعریف شده است. منظور از ناپایدار شدن ذرات، افزودن یک ماده شیمیایی موسوم به ماده منعقدکننده به آب و در نتیجه خنثی کردن و یا کاهش بارهای الکتریکی ذرات است.(۱) انعقاد و لخته سازی با ناپایدار نمودن امولسیونها و افزایش تجمع قطرات نفت روی لخته ها موجبات حذف متعاقب آن ها را از طریق ته نشینی یا شناورسازی فراهم می آورد. تجمع قطرات هنگامی رخ می دهد که نیروهای وآندروالسی جاذبه در محیط وجود داشته باشند. در طی ناپایدارسازی امولسیون نفت–آب، تجمع قطرات ابتدا با کاهش بار سطحی خالص به یک مقدار معین رخ می­دهد که در آن قطراتی که قبلاً توسط دافعه الکترواستاتیکی پخش شده­اند، بتوانند تا حدی به یکدیگر نزدیک شوند که نیروهای وآندروالسی آنها را در کنار هم نگه داشته و فرصت تجمع را بوجود آورند.(۱۵) عملیات انعقاد معمولاً از طریق افزودن منعقدکننده های معدنی از قبیل نمکهای آلومینیوم یا آهن، یا پلیمرهای آلی مصنوعی که به عنوان پلی الکترولیت شناخته می­شوند، انجام می گیرد.(۲) این مواد شکستن امولسیون ها را به دلیل کاهش بارهای سطحی قطرات افزایش می­دهند و در نتیجه موجب انعقاد قطرات نفت و سپس جداسازی فازهای آبی و نفتی به.وسیله ته نشینی متعارف یا فلوتاسیون با هوای محلول می شوند.(۱۵) با این حال با توجه به پیچیدگی ترکیب فاضلاب نفتی، ماده انتخابی برای تصفیه خاص انعقادی نمی تواند در تئوری پیش­بینی گردد و باید آزمایش های بسیاری برای غربالگری صورت گیرد..لین و ون ۲۰۰۳، به منظور تصفیه پساب صنعت نفت کامپوزیتCAX  منعقد کننده را توسعه داده اند، زمانی که غلظت نفت در آب اولیه۲۰۷ میلی­گرم بر لیتر، غلظت COD 600 میلی گرم بر لیتر بود، پس از تصفیه انعقاد، راندمان حذف نفت و COD به ترتیب به ۹۸ و ۸۰  درصد رسید.(۳۹) در سال ۲۰۰۵  Mohammed و همکاران تصفیه فاضلاب های نفتی را با استفاده از انعقاد-لخته­سازی و ته­نشینی مورد بررسی قرار دادند. آنها چهار منعقدکننده آلوم، کلریدفریک، رسوب اکسید کلسیم را برای تصفیه فاضلاب نفتی با غلظت های اولیه مختلف نفت به کار بردند. مشاهده گردید که راندمان حذف نفت تابعی از غلظت­های مواد منعقدکننده و غلظت اولیه نفت است و هنگامی که غلظت اولیه نفت افزایش می­یابد، راندمان جداسازی نفت کاهش پیدا می کند.(۲۷)

 

  • روش های بیولوژیکی

 

تصفیه بیولوژیکی استفاده از متابولیسم میکروبی است، به گونه­ای که آلاینده­های کلوئیدی آلی که در آب حل شده است به مواد بی­ضرر پایدار تبدیل می­شوند. و در حال حاضر در تکنولوژی پیشرفته­تر بکار می­روند و بصورت غالب در در لجن فعال و بیوفیلتر استفاده می شود. بیوتکنولوژی کلیدی برای گونه های زیستی و پروسه های تصفیه بیولوژیکی است و با توجه به خصوصیات پساب نفتی در گونه­های زیستی کارآمد توسعه یافته است.(۳۹) میکرو ارگانیزم­های هوازی و بی­هوازی در تصفیه بیولوژیکی مورد استفاده قرار گرفته است. در روش هوازی از لجن فعال شده، فیلتر­های چکنده، رآکتورهای پیوسته سری، فیلترهای بیولوژیکی هوادهی شده و یا مرداب استفاده می شود.(۴) معمولاً برای تصفیه پساب های نفتی ابتدا از یک بخش جدا کننده روغن و نفت، و به دنبال آن یک فرآیند تصفیه بیولوژیکی برای حذف کامل مواد آلی باقی مانده استفاده می­کنند.(۵) بیش از ۸۰ درصد تأسیسات تصفیه پساب­های صنعتی و شهری بر پایه سیستم لجن فعال است. در بخش عظیم صنعت ایران بخصوص در پالایشگاه­های ایران برا تصفیه پساب نفتی از سیستم لجن فعال استفاده می­شود.(۳۶) فرایند لجن فعال شامل دو بخش است. مخزن هوادهی، که در آن فاضلاب ورودی با هوا و توده ای از میکرو ارگانیسم­های هوازی برای مدتی که می­تواند از ۴  ساعت تا بیش از ۲۴ ساعت متغییر باشد، در تماس قرار می­گیرد؛ عمل هوادهی برای تأمین اکسیژن کافی مورد نیاز فعالیت توده میکروبی (لجن فعال) توسط همزن دائم انجام می­گیرد و مخزن ته­نشینی که مایع و ذرات جامد لجن فعال را از هم جدا می­کند.(۲۵) پساب خروجی برای تصفیه بیشتر به واحدهای بعدی انتقال می­یابد. مقداری از لجن ته­نشین شده برای حفظ غلظت مناسب از توده میکروبی به داخل حوض هوادهی برگشت داده می­شود و باقی مانده آن حذف می­گردد. معایب این فرایند عبارتند از:  نیاز به تجهیزات برقی و مکانیکی نسبتاً زیاد و در نتیجه افزایش واردات و ارزبری در مقایسه با سایر فرایندهای تصفیه، بالا بودن هزینه­های راهبری به واسطه مصرف انرژی بیشتر در طول سال­های بهره­برداری، مشکلات بهره­برداری از قبیل ایجاد کف، حجیم شدن لجن، بالا آمدن لجن، رشد پراکنده دسته ها و همچنین مقاوت کم در برابر شوک آلی و هیدرولیکی.(۳۷) در یک مقیاس نیمه صنعتی جریان مداوم، از کفگیرهای جداکننده روغن برای جداسازی اولیه قبل از تصفیه با لجن فعال استفاده می­شود. در این روش از میکروارگانیسم­های طبیعی تانک هواهی استفاده می­شود. در روش استفاده از لجن فعال شده بازده جداسازی هیدروکربن­ها به ۹۸ تا ۹۹ درصد با زمان ماند ۲۰ روز می رسد. (۳۴) روش­های بیولوژیکی ترکیب شده با روش­های دیگر اثر تصفیه­ای بهتری را بدست خواهند آورد. بیورآکتور غشایی، بیورآکتور همراه با یک واحد غشاء اولترافیلتراسیون، مورد مطالعه قرار گرفت، میزان حذف نفت به ۹۹/۹۹ درصد رسید، نرخ حذف COD و TOC بترتیب ۹۷% و ۹۸% بود.(۳۱) پساب نفت سنگین با میزان زیادی ترکیبات آلی مقاوم محلول و مواد مغذی کم نیتروژن و فسفر بوسیله یک بستر  لجن بی هوازی با جریان بالا رو(UASB)  همرا با فیلترهای هوادهی بیولوژیکی تثبیت شده تصفیه شد.(۲۴)

 

  • روش های جداسازی غشایی

 

همانطور که اشاره شد چندین روش برای تصفیه پساب نفتی، از جمله روش­های فیزیکی و شیمیایی معمولی وجود دارد. این روش­های سنتی اشکالات خودشان را مانند؛ هزینه بالا، استفاده از ترکیبات سمی، فضای بزرگ برای نصب و راه­اندازی و تولید آلاینده­های ثانویه را دارند.(۲۸) در سال­های اخیر، فیلتراسیون غشایی به عنوان یکی از بهترین روش­ها برای جداسازی در مقیاس بزرگ پساب نفتی نشان داده شده است.  و این امر به دلیل عوامل پردازش، از قبیل بازیافت مواد عملیاتی، سهولت در تمیز کردن، و همچنین نفوذ با خلوص بالاست.(۳۰) غشاء و فرآیندهای غشایی می­تواند یک روش جایگزین ارزان قیمت و کارآمد برای جداسازی امولسیون باشند و چندین مقاله در توصیف جدایی امولسیون O / W از طریق غشاء منتشر شده است.(۲۸) مثال­های نمونه عبارتند از آبگیری امولسیون نفت از طریق تراوش تبخیری، اسمز معکوس (RO)، اولترافیلتراسیون (UF)  و میکروفیلتراسیون (MF).(30) جداسازی در این روش بسیار ساده است بدین صورت که غشاء به عنوان یک لایه نیمه تراوا بین دو فاز عمل کرده و انتقال بین دو فاز را تنظیم می کند. در واقع، فیلتر عبور آب از طریق غشاء را اجازه خواهد داد، در حالی که مواد جامد معلق و سایر مواد را به دام می اندازد.(۲۸) استفاده از فرایند غشایی برای تصفیه فاضلاب­های نفتی اولین بار در سال ۱۹۷۶ توسط بنسال مطرح شد. در این سامانه از یک غشاء اولترافیلتراسیون برای تصفیه پسآب های نفتی استفاده شده بود. نتایج آزمایشگاهی و پایلوتی این سامانه نشان داد که فرایند تصفیه بسیار مؤثر و کارساز بوده است.(۳۲) فرآیندهای غشایی فشار محور به طور عمده از میکروفیلتراسیون (MF)، اولترافیلتراسیون (UF)، نانوفیلتراسیون(NF)  و اسمز معکوس(RO)  تشکیل شده است. آنها به لحاظ مفهومی فرآیندهای مشابهی هستند، اما تفاوت کلیدی آن ها در اندازه منافذ سطح غشاهاست که برنامه­های کاربردی خود را تعریف می­کند که در جدول ۱ نشان داده شده است.

جدول ۱: فرایند جداسازی غشایی و خصوصیات جداسازی آن.(۲۸)

 در میان فرآیندهای غشایی، UF یکی از مؤثرترین روش­های تصفیه برای فاضلاب نفتی است. در مقایسه با روش­های جداسازی سنتی، UF دارای راندمان بالایی در حذف نفت، بدون نیاز به مواد افزودنی شیمیایی و هزینه­های کم انرژی می باشد. در صورت میزان بیش از حد بالای نمک در پساب نفتی آن را می­توان با غشاهای اسمز معکوس و نانوفیلتراسیون تصفیه نمود. غشاها معمولاً از مواد پلیمری و معدنی (سرامیکی) ساخته شده اند. آنها در شکل­های متنوعی مانند ساختارهای الیاف توخالی، مارپیچی و لوله­ای تولید می­شوند هر نوع پیکربندی دارای درجه جداسازی متفاوت می­باشد. غشاهای پلیمری، از میکروفیلتراسیون تا روش اسمز معکوس به منظور دستیابی به مزایایی از جمله راندمان بالا برای حذف ذرات، نفت امولسیون و پراکنده؛ انرژی مورد نیاز کم؛ و ارزان به نسبت غشاهای سرامیکی گسترش یافت. با این حال غشای پلیمری، دارای برخی معایب از جمله ناتوانی در جداسازی ترکیبات فرار و تمایل به کثیف شدن سریعتر که نتیجه ی آن کاهش شار و نرخ حذف، به خصوص برای تصفیه فاضلاب نفتی است. بنابراین، روش­های متعددی، در بسیاری از کارهای تحقیقاتی قبلی بمنظور بهبود خاصیت آبدوستی و ضد گرفتگی غشای پلیمری یا بوسیله ی ترکیب با مواد افزودنی آب دوست و یا تغییر خواص سطحی آن از طریق اصلاح شیمیایی یا فیزیکی انجام شده است. در یک طرح آزمایشی عملکرد غشاهای MF و UF به منظور تصفیه آب آلوده به نفت دریای شمال مقایسه شد. غشاء UF با وزن مولکولی پلیمری(MWCO) 100000 تا ۲۰۰۰۰۰، در حدود ۹۶% حذف غلظت کل هیدروکربن، بنزن، تولوئن، و زایلن(BTX)  در حدود ۵۴ درصد و برخی از فلزات سنگین مثل مس و روی را حدود ۹۵% نشان داد که این بازدهی در غشاء MF مشاهده نشد. (۲۸) ژانگ و همکاران ۲۰۰۹، پلی­شولفون را جهت تصفیه پساب نفتی بکار بردند، نتایج نشان داد که نگهداری نفت توسط غشاء ۱۶/۹۹ درصد و غلظت نفت عبوری ۶۷/۰ میلی­گرم در لیتر است که پاسخگوی استاندارد تخلیه (<10 میلی گرم در لیتر می باشد).(۴۰)

 

  • نتیجه گیری

 

با وقوع بحران­های زیست محیطی اخیر و سخت گیرانه­تر شدن الزامات زیست محیطی، بهبود روش­های تصفیه پساب­های نفتی، که قابلیت پاسخگویی به نیاز­های فعلی را دارا نمی­باشد و همچنین استفاده از روش­های جدید و کارآمدتر به یک ضرورت تبدیل شده است. تحقیقات مربوط به فن­آوری­های تصفیه پساب­های نفتی باید در بخش­های زیر متمرکز شود:

  • تحقیق و توسعه در خصوص فرایند­های ترکیبی جدید و به حداکثر رساندن راندمان و مزایای استفاده از روش­های موجود.
  • مطالعه و بررسی مکانیسم­های پالایش پساب­های نفتی به منظور بهبود کارآیی روش­های تصفیه و کاهش هزینه­های مرتبط.
  • فرهنگ­سازی و تقویت رویکرد دوستدار محیط زیست. بنابر آنچه گفته شد و مقایسه میان روش­های مختلف تصفیه پساب­های نفتی می­توان دریافت که روش­های تصفیه فیزیکی به دلیل عدم ایجاد کیفیت مناسب و استاندارد در پساب به منظور تخلیه درمحیط پذیرنده و یا به کارگیری مجدد در مصارف صنعتی، ناکارآمد می باشد. همچنین روش­های شیمیایی و بیولوژیکی نیز هر یک بواسطه هزینه­های بالای عملیاتی از منظر اقتصادی مقرون به صرفه نیستند، لکن درمقابل فرآیندهای غشایی به دلیل راندمان حذف بالای ترکیبات نفتی، راهبری آسان فرایند و هزینه­های عملیاتی نسبتاً ارزان می­تواند به عنوان راه حل مناسبی جهت تصفیه پساب­های نفتی در نظر گرفته شده و به صنعت نفت کشور معرفی گردد.

 

 

  • دکتر رضا علیزاده *۲- مهندس معصومه شادی
  • استادیار دانشگاه صنعتی خاتم الانبیاء(ص) – دانشکده محیط زیست و منابع طبیعی-خوزستان-بهبهان
  • دانشجوی کارشناسی ارشد آلودگی های محیط زیست دانشگاه صنعتی خاتم الانبیاء(ص) -دانشکده محیط زیست و منابع طبیعی-خوزستان بهبهان

 

منابع

 

]۱]. کولیوند ر., حاجیان م., فرخ زاده ح., محمودیان م., بررسی راندمان حذف کدورت در سیستم شناورسازی , با هوای محلول و مقایسه آن با فرایند ته نشینی ساده, مجله پژوهش آب ایران, سال پنجم، شماره ۸ .۴۰- ۱۳۹۰.

[۲]. Abbasi M., Salahi A., Mirfendereski M., Mohammadi T. & Pak A., “Dimensional analysis of  mermeation flux for microfiltration of oily wastewaters using mullite ceramic membranes”, Desalination, Vol. 252, No. 1-3, pp. 113-119,2010.

[۳]. Aber, S., Salari, D. and Parsa, M.R., “Employing the Taguchi method to obtain the optimum conditions of coagulation–flocculation process in tannery wastewater treatment,” Chemical Engineering Journal 162, pp 127-134, 2010.

[۴]. Ahmadun, F., Pendashteh A., Abdullah, L., Biak, D., Madaeni, S., Abidin, Z.,“Review of technologies for oil and gas produced water treatment”, Journal of Hazardous Materials, Vol.170, 530-551, 2009.

[۵]. .  Alkhatib, E.A., Thiem, L.T., “In Situ Adaptation of Activated Sludg by Shock Loading to Enhance Treatment of High Ammonia Content Petrochemical Wastewater”, Wat. Sci. Tech., Vol. 20, No.10, pp.31-44, 1988.

[۶]. American Petroleum Institute, “API 421: Management of Water Discharges: Design and Operation of Oil Water Separator.

[۷]. Chakrabarty, B., Ghoshal, A.K., Purkait, M.K.,“Ultrafiltration of stable oil-in-water emulsion by polysulfone membrane”, J. Membr, Sci. 325 , 427–۴۳۷, ۲۰۰۸٫

[۸]. Chen, X., Chen, G., and Yue, P.L., “Separation of pollutants from restaurant wastewater by electrocoagulation.” Sep. Purif. Technol., 19 (1-2), 65-76, 2000.

[۹]. Choong Hee Rhee, Paul C. Martyn, Jay G. Kremer “Removal Of Oil And Grease In Oil Processing Wastewaters”, Sanitation Districts of Los Angeles County.

[۱۰]. Dobson, R.S.,  Burgess, J.E., “Biological treatment of precious metal refinery wastewater: a review”, Miner. Eng. 20 ,519–۵۳۲, ۲۰۰۷٫

[۱۱]. Edswald J.K., Dissolved air flotation and me, Water Research, vol. 44, , pp. 2077- 2106, 2010.

[۱۲]. Escobar, C., Soto-Salazar, C., and Ines Toral, M., “Optimization of the electrocoagulation process for the removal of copper, Lead and cadmium in the natural waste waters and simulated wastewater.” J. Environ. Manage., 81 (4), 381-391, 2006.

2 دیدگاه ها

  1. آرگان گفت:

    خوب بود اتفاقی از گوگل اومدم اینجا ولی خوب بود برای دوستم فرستادم اونم دنبالشه اونم بیاد ببینه

    ممنون که سرعت سایتتون بالاست برای این تو خیلی از سایتا رفتم ولی سرعت سایتشون بد بود خداروشکر که راحت چیزی که میخواستم پیدا کردم

    ممنون

  2. hadi گفت:

    خیلی خوب بود فقط منابع کامل نیست لطفا اصلاح کنید

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *