فاضلاب پتروشیمی

بهینه سازی وضع تولید پساب‌ها و فاضلاب‌های صنعتی و شهری برای احیای زیستگاه‌های طبیعی و کاهش عوامل آلاینده با توجه به تاثیر مهم مسائل زیست محیطی بر زندگی انسان موضوعی ضروری است.

 

محصولات پتروشیمی، مواد شیمیایی بدست آمده از نفت خام هستند که طیف وسیعی از محصولات، شامل مواد شیمیایی ارگانیک و غیر ارگانیک را در بر می‌گیرند.

ورود مقادیر زیادی نفت به پساب‌های حاصل از فعالیت پتروشیمی‌ها، یکی از مشکلات عمده این صنعت است.

در این مقاله به بررسی تازه‎ترین تحولات و نوآوری‎ها برای تصفیه پساب‎های صنعت پتروشیمی پرداخته شده است.

فرآیندهای رایج تصفیه پساب‌های حاصل از فعالیت پتروشیمی‌ها
روش رایج و معمول تصفیه پساب‌ها شامل سه مرحله است که طی آن ابتدا فرآیند جمع آوری، مسیرگزینی (routing) و در نهایت تصفیه پساب انجام می‌شود. با توجه به درجه تصفیه مورد نیاز در این فرآیند سه گام زیر دنبال می‌شود:

– تصفیه اولیه (جداساز API/CPI/PPI، تصفیه آب اسیدی (Sour water stripper) و مخازن موقت (buffer tanks)

– تصفیه ثانویه (لخته‌سازی، عملیات جداسازی شناورسازی (flocculation-flotation)، تصفیه بیولوژیکی (biological treatment)

– تصفیه مرحله سوم (عبور دادن از فیلتر شنی (sand-filtration)، عبور دادن از فیلتر غشایی (membrane-filtration)، اکسیداسیون شیمیایی (chemical oxidation)

مشخصات آلودگی‎های پساب پتروشیمی

واحدهای تصفیه پساب متعارف، دارای یک سیستم درون ریز هستند که در گام نخست پساب ورودی را دریافت می‌کند. پس از جداسازی مواد جامد به صورت مکانیکی، در مراحل بعدی، شامل فرآیند اتوماتیک شناورسازی و مکش نفت، نفت جداشده به تانکرهای ذخیره منتقل می‌شود. سپس آبی که نفت آن جداسازی شده است؛ درون یک سیستم بی هوازی جریان می یابد و از طریق میکروارگانسیم‌هایی در غیاب هوا، عمل تصفیه انجام می گیرد.

در گام بعد که شامل انتقال آب تصفیه شده به مرحله تصفیه هوازی است، هوادهی از طریق تزریق هوا صورت می گیرد. پس از آن توده های تشکیل شده در تانکر های ته نشینی، موسوم به تانکرهای ثانویه رسوب گذاری، جمع آوری می‌شوند.

توده های بزرگتر به صورت رسوب در انتهای تانکرهای ته تنشینی جمع می‌شوند. رسوب جمع آوری شده از طریق غلتک‌هایی خارج شده و تحت عملیات رطوبت زدایی و فشرده سازی قرار می گیرند. رسوب رطوبت زدایی شده، می‌تواند دور ریخته، خشک یا سوزانده شود.

سرانجام سیال دارای کیفیت مطلوب، برای استفاده دوباره تخلیه می شود.

فناوری‌های نوین تصفیه پساب پتروشیمی‌ها

تصفیه پساب از طریق فنآوری‌های پاک الکتروشیمیایی

زدایش اکسیژن مورد نیاز شیمایی (COD)، تیرگی و گل¬آلودی (Turbidity)، فنول، هیدروکربن ها و روغن از پساب پتروشیمی‌ها (PCWW)، به روش‌های شناورسازی الکتریکی (EF) و انعقاد (لخته سازی) الکتریکی (EC) به طور عملی انجام می‌شود.

در واحد شناورسازی الکتریکی، یک آند گرافیتی و یک شبکه از فولاد ضدزنگ (stainless steel mesh) به عنوان کاتد استفاده می شود. در واحدهای انعقاد الکتریکی، آهن و آلومینیوم هر دو به عنوان ماده مورد استفاده برای ساخت دو بلوک از الکترودهای متناوب کاربرد دارند.

در هر دو واحد، ولتاژ راکتور ١٢ ولت و چگالی جریان بین ۵ تا ١۵ میلی آمپر بر سانتی متر مربع متغیر است.

زمان نگهداری بهینه پساب در واحدهای شناورسازی الکتریکی ٢-٢٠ و در واحدهای انعقاد الکتریکی ١-١٠ دقیقه در نظر گرفته می‌شود. براساس نتایج واحدهای انعقاد الکتریکی در مقایسه با واحدهای شناورساز الکتریکی قابلیت بیشتری برای زدایش آلودگی ها دارند.

به عنوان مثال توان حذف تیرگی و گل‎آلودی از پساب پتروشیمی‌ها در روش‌های شناورسازی و انعقاد الکتریکی، به ترتیب ٨٣ و ٨٨ درصد است.

رسوب فنول، هیدروکربن‌ها و حذف روغن در روش انعقاد الکتریکی، تحت زمان‌های نگهداری و چگالی جریان‌های متفاوت انجام می‌شود و الکترودهایی از جنس آهن و آلومینیوم بدین منظور استفاده می‌شود.

افزایش زیست تخریب پذیری پساب‌های تولیدی به کمک ازوناسیون و سیستم تصفیه پیشرفته Bac

ویژگی تخریب پذیری/تبدیل مواد مقام در برابر هضم  و رشد بیوفیلم‌ها، در فرآیندهای تصفیه پیش‎ازوناسیون (در مقیاس آزمایشگاهی) و کربن فعال بیولوژیکی (BAC) در سیستم بستر متحرک ، برای تصفیه فنول، بنزوئیک اسید، آمینو بنزوئیک اسید و پساب‌های پتروشیمی حاوی آکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS) مورد بررسی قرار گرفته است.

زمان بهینه برای واکنش و میزان دوز ازون مصرفی برای فرآیند پیش¬ازوناسیون، به ترتیب ٣٠ دقیقه و ١٠٠-٢٠٠ میلی گرم بر ساعت تعیین شد. پس از ٣٠ دقیقه عمل تصفیه و انجام ازوناسیون، نسبت BOD۵/COD ورودی و خروجی، به طور خیره کننده ای از ٢٠ درصد به ٣۵ درصد افزایش می یابد. اگر چه تغییرات PH در مرحله پیش¬ازوناسیون بسیار نامحسوس خواهد بود.

در راکتور بستر متحرک، نرخ بهینه جریان ورودی و هوا به ترتیب ١,۶ لیتر بر ساعت و ١٢٠-١۵٠ لیتر بر دقیقه تعیین شده است. در این روش امکان حذف اکسیژن مورد نیاز شیمایی با راندمان ٨۵-٩٠ و ٧٠-٩٠ درصد وجود دارد.

حذف سولفید پساب پتروشیمی ها به روش نیترات زدایی اتوتروفیک

امروزه یک فلوچارت جایگزین برای حذف بیولوژیکی سولفید هیدروژن از پساب حاصل از پالایش نفت معرفی شده است که از نیترات زدایی اتوتروفیک، در یک واحد تصفیه چند مرحله ای بهره می‌گیرند.

برای نخستین بار، یک واحد تصفیه آزمایشی، مخلوطی از مواد زیر را به عنوان ورودی دریافت کرد:

١- پساب حاصل از پالایش نفت خام
٢- خروجی مرحله نیترات زایی واحد تصفیه
٣- سولفید به فرم Na٢S

روش تبدیل سولفید بی هوزای به سولفات، در فرآیند اکسیداسیون که طی آن نیترات به عنوان پایانه دریافت کننده الکترون عمل می‌کند؛ بسیار موفقیت آمیز بود. در این فرآیند سولفید با غلظت اولیه ١١٠ میلی گرم در لیتر، به طور کامل به SO۴٢− تبدیل شد.

پس از نیترات‌زدایی کامل، غلظت S٢- در خروجی راکتور، کمتر از ٠,١ میلی گرم در لیتر است. با توجه به این که سولفید انباشته شده در خروجی مرحله نیترات‌زدایی، در مرحله تصفیه رسوب فعال شده به طور هوازی اکسید می‌شود؛ غلظت متغیر S٢- در ورودی، مشکل خاصی ایجاد نمی‌کند.

این روش جدید تصفیه، عموما در فرآوری پساب پالایشگاه‌ها به کار گرفته می‌شود. بنابراین، حذف کامل H٢S را می‌توان با ترکیب روش بیولوژیکی پیشنهادی و روش رایج تصفیه به کمک CO٢ انجام داد. به کارگیری این روش می‌تواند تا سقف ٧٠ درصد از هزینه های معمول بکاهد.

نگاهی به کاربرد تصفیه بی هوازی پساب صنایع شیمیایی و پتروشیمی

در ٢٠ سال گذشته، هضم بی هوازی (Anaerobic digestion) به دلیل هزینه‌های پایین آن، به یکی از محبوب‌ترین فناوری‌های تصفیه پساب تبدیل شده‌است. امروزه با ساخته شدن نزدیک به ١٣٣٠ راکتور از این نوع، به نظر می‌رسد که فنآوری یادشده به مرحله بلوغ خود رسیده است؛ در حالی که تا همین اواخر، این فرآیند تنها در تصفیه خروجی صنایع غذایی کابرد داشت؛ ١٠ سال است که فناوری هضم  بی هوازی به طور گسترده‌ای در تصفیه فاضلاب و پساب‌های حاصل از دیگر فعالیت‌های صنعتی به کار گرفته می شود.

در دهه های ١٩٧٠ و ١٩٨٠، صنایع شیمیایی و پتروشیمی از این فنآوری بی بهره بودند. از سال ١٩٩٠، این وضع تغییر کرد و امروزه حداقل ٨٠ تاسیسات تصفیه از این نوع در حال فعالیت هستند. با این حال فنآوری هضم بی هوازی هنوز نیاز به اصلاحات فراوانی دارد تا بتواند به عنوان فناوری پذیرفته شده از سوی صنایع پتروشیمی برگزیده شود.

استفاده از تالاب های تصفیه برای پساب صنایع پتروشیمی

اگر چه استفاده از تالاب‌های تصفیه در سطح گسترده‌ای در تصفیه فاضلاب‎های شهری، آب‌های سطحی و آب زﻫﮑﺶ اﺳﯿﺪی ﻣﻌﺪن به کار گرفته می‌شود؛ اما این روش برای تصفیه پساب‌های حاصل از صنایع دیگر و کشاورزی کمتر توسعه یافته است.

اکنون تعدادی پروژه بزرگ مقیاس تالاب تصفیه در برخی پالایشگاه‌های نفت در دست احداث است. همچنین تعداد بسیاری طرح آزمایشی و مطالعاتی در زمینه تالاب‌های تصفیه مصنوعی، در پایانه‌ها، ایستگاه‌های استخراج و پمپاژ نفت و پالایشگاه‌ها جریان دارد.

بسیاری از آلودگی‌ها و ناخالصی‌ها از قبیل اکسیژن مورد نیاز شیمیایی، اکسیژن مورد نیاز بیوشیمیایی (BOD)، آلاینده‌های آلی، فلزات، سموم، مواد معلق جامد، نیتروژن و فسفر می‌توانند به شکل موثری از طریق این روش جداسازی شوند.

راندمان این روش تا حدود زیادی به بار هیدرولیکی و غلظت پساب ورودی و به میزان کمتری به مواردی مانند عمق آب و راندمان هیدرولیکی بستگی دارد.
مطالعات نشان می‌دهد در بیشتر موارد، تالاب‌های تصفیه از قابلیت بیشتری برای تصفیه پساب صنایع نفت و پتروشیمی، در مقایسه با دیگر پساب‎ها برخوردارند.

اطلاعات به‏‎دست آمده از توان تصفیه پساب‌های نفتی در این تالاب‌ها و مقایسه آن با نرخ و قدرت تصفیه دیگر پساب‌ها، می‌تواند در تخمین ابعاد قابل قبول برای یک تالاب تصفیه مورد استفاده در صنعت نفت، راهگشا باشد.

کاوه قاسمی
پژوهشگر