بخشی از مقاله
آنالیز پساب کارخانه نمکزدایی نفت ، بررسی روش های موجود جهت مدیریت این پسماندها
چکیده
یکی از مشکلات عمدهای که در مخازن نفتی تحت رانش آب ، رخ میدهد، پدیده مخروطی شدن آب است. این پدیده در اثر عدم توازن بین نیروهای ویسکوز و ثقلی رخ میدهد و سطح تماس آب - نفت در نزدیکی چاه تغییر شکل داده و به صورت مخروط به سمت فاصله تکمیل چاه پیشروی میکند . هدف ازاین طرح امکانسنجی تصفیهی پساب واحد نمکزدایی نفت ناشی از مخروطی شدن با استفاده از غشا به منظور کاهش مشکلات زیست محیطی ناشی ورود این پسابها به محیط زیست میباشد.
فرآیندهای غشائی جز روشهای نوین جداسازی محسوب میشوند. امروزه توجه به این فرآیندها به دلیل مزایای آنها نسبت به روشهای جداسازی متداول در صنایع مختلف شیمیایی، پتروشیمی، پالایش، غذایی و دارویی رو به گسترش میباشد. از انواع آن فرآیندهایی نظیر اولترافیلتراسیون، اسمز معکوس و تراوش تبخیری و همچنین بکارگیری فرآیندهای غشایی میکروفیلتراسیون (MF)، اولترافیلتراسیون (UF)، نانوفیلتراسیون (NF)، اسمز معکوس (RO)، تراوش تبخیری (PV)، تقطیر غشایی (MD) و تقطیر اسمزی (OD) در فرآیندهای صنعتی مختلف، انجام میشود. در این مقاله نخست آلودگیهای ناشی از تولید آب مورد بررسی قرار گرفته و به تشریح پایلوتی که طراحی گردیده است پرداخته میشود. و نتایج حاصل از عبور دهی پساب از فیلتر غشایی آورده شده است.
واژگان کلیدی: غشا، نمکزدایی، مخروطی شدن، محیط زیست.
مقدمه
غشاها به عنوان جایگزینی مناسب برای فرآیندهای جداسازی صنعتی فعلی به منظور کاهش هزینهها و مصرف انرژی در نظر گرفته شده و هر روز بر اهمیت و کاربردهای صنعتی آنها افزوده میشود. بدین جهت تحقیقات زیادی در زمینهی غشاها صورت گرفته و مطالعات گستردهای نیز در حال انجام است. غشاها با مکانیزم متفاوتی از سایر روشهای جداسازی عمل میکنند. لذا نقاط ضعف و قوت منحصر بفردی دارند. در برخی موارد دقت غیرمعمولی در جداسازی ارائه میدهند . اما در اکثر موارد جداسازی را با هزینهی کمتر، تهیهی محصولات با ارزشتر و با اثرات جانبی نامطلوب کمتر از روشهای جداسازی قدیمیتر
انجام می دهند )A. Mosadeghkhah, 2007)
توجهی که در دهههای اخیر به صرفه جویی در میزان مصرف انرژی صنایع معطوف شده، در مهندسی شیمی نیز جایگاه ویژه-ای یافته است. در فرآیندهای جداسازی، این انگیزه در طراحی فرآیندها تقویت شده است، که تا حد امکان از تشکیل فاز دوم در جداسازی اجتناب شود تا به این صورت در صرف انرژی تا حد امکان صرفه جویی قابل ملاحظهای به عمل آید. بدین ترتیب توجه به گروهی از فرآیندها معطوف گردیده که جداسازی را بدون تغییر فاز انجام میدهند(.)A. Leo, 2006
روشهای زیادی جهت جداسازی مواد سمی و مضر از آب وجود دارد که هر یک دارای مزایا و معایب خاص خود میباشد، که با توجه به امکانات موجود و نیز شرایط حاکم، یکی از این روشها جهت پیشبرد اهداف، که همان جلوگیری از آلودگیهای زیست محیطی میباشد انتخاب میگردد. )Abdul LatifAhmad , 2003)
در طول 20 سال اخیر فرآیندهای غشایی نسبت به سایر روشهای متداول جداسازی از قبیل تقطیر، جذب، دفع، استخراج و غیره پیشرفت وسیعی داشتهاند. براساس نیروی محرکه بکار برده شده در سیستم، فرآیندهای غشائی به انواع مختلفی تقسیم بندی میشوند؛ البته مکانیزم جداسازی واقعی میتواند براساس اختلاف اندازه ذرات صورت گیرد فرآیندهای غشائی که نیروی محرکه آنها اختلاف فشاراست، برای جداسازی ذرات نامحلول و معلق با اندازههای مختلف بکار برده میشوند. این فرآیندها به ترتیب بر حسب کوچک بودن اندازه حفره اسمز معکوس((RO، نانوفیلتراسیون((NF، اولترافیلتراسیون((UF و میکروفیلتراسیون((MF نامیده میشوند. )A.L. Ahmad, 2006)
در کشور ایران این مشکلات گفته شده در بالا تا اندازهای حاد میباشد، به عنوان مثال در سازند آسماری و بنگستان میدان اهواز در سال 1383 به ترتیب در مقابل 118 و 57 میلیون بشکه نفت تولیدی، 1,8 و 0,75 میلیون بشکه آب تولید شده است. با توجه به وجود سفرههای آب زیرزمینی فعال در برخی از مخازن کشور و مشکل تولید آب در برخی از چاههای این مخازن و با توجه به ارزش اقتصادی هر بشکه نفت تولیدی و اینکه یکی از راههای کم هزینه و سادهتر ازدیاد برداشت جلوگیری از تولید آب می باشد، لزوم مطالعه و استفاده از روشهای بهینه، جهت جلوگیری از تولید آب و حفاظت از محیط زیست امری ضروری میباشد. همچنین آب تولید شده میزان زیادی مواد سمی، TDS ،TSS و... همراه خود دارد که هر یک می تواند خسارات جبران ناپذیری به سلامت انسان و محیط زیست وارد آورد. جدول 1 نتایج آزمایش بروی یک نمونه آب تولیدی از میادین نفتی غرب کشور را ارائه کرده و میزان آلایندههای موجود در آب را نشان داده است .)Aishuang Xiang, 2010)
جدول :1 میزان آلاینده های موجود در آب تولیدی یکی از میادین غرب کشور
شکل 1 میزان آلایندههای موجود در نمونه آب ایران و نیز نمونه آب تولیدی کانادا را با هم مقایسه کرده است. مشاهده میشود که در اکثر قسمتها میزان آلاینده موجود در آب تولیدی ایران بسیار بیشتر از نمونه آب تولیدی در کانادا می باشد. ( Biruh
)Shimekit, 2011
شکل :1 مقایسه میزان آلاینده های داخل آب تولیدی در ایران و کانادا
روش تحقیق
آزمایش با یک سری کامل فیلتر کارتریج و یک المنت شروع شد و نمونه ها هر 5 ساعت یک مرتبه جهت اندازهگیری پارامترهای مختلف اندازهگیری گردید. تا ساعت پانزدهم اکثر پارامترها در به طور کامل دفع شده بودند ولی در نمونه ساعت پانزدهم بعضی از پارامترها در خروجی از غشا به طور کامل دفع نشده بودند و دبی خروجی از غشا نیز کاهش قابل ملاحظهای داشت. برای جلوگیری از این افت دبی و همچنین کاهش کارایی غشا پی برده شد که غشا حداکثر پس از 15 ساعت باید با فرمالئید %2 شسته میشد که این کار در ساعت پانزدهم انجام شد. لازم به ذکر است غشاهای نو یا به صورت خشک هستند یا تر. غشاهای تر در داخل مایع فرمالین نگهداری میشوند که مایعی چرب است و باید در ابتدای امر شسته شوند. پس از شستشوی شیمیایی با فرمالید و کاستیک %2 ، دبی دوباره افزایش یافت. بلافاصله پس از شستشوی شیمیایی فلومیتر خوراک ورودی بر روی پایلوت نصب گردید. آنالیز نمونههای ساعت 30 ام نشان میداد کاهش دوباره دبی اتفاق افتاده است. جهت بررسی المنت غشا از P.V خارج گردید. مشاهده شد در محل ورودی سیال به المنت RO و همچنین داخل المنت مقدار قابل ملاحظهای براده آهن وجود دارد که ناشی از عملیات برشکاری و جوشکاری برای نصب فلومیتر بوده است. (قبل از این تاریخ دبی خوراک با کرنومتر اندازه گیری میشد) وجود برادههای فلزی همراه با گرفتگی بیولوژیکی علت اصلی کاهش دبی خروجی از غشا و کارایی غشا بوده است. پس از شستشوی P.V المنت در جای خود نصب گردید و این بار ابتدا با کاستیک %2 و سپس با اسید استیک با PH=4 به مدت نیم ساعت برای حذف ذرات فلزی شستشو داده شد، سپس با آب خروجی از غشا به مدت15 دقیقه شستشو انجام شد و در آخر با فرمالدئید %2 به مدت نیم ساعت دیگر شستشو ادامه یافت و سیستم دوباره در سرویس گذاشته شد.
یافته ها
تستها و آزمایشهای پایلوت اسمز معکوس با یک سری فیلتر کارتریج و یک المنت شروع شد و کل دادههای بدست آمده در طول 45 ساعت به دست آمد. نمونههای آزمایشگاهی از سه قسمت ورودی فیلتر کارتریج ، ورودی RO و خروجی از غشا در روزهای مختلف گرفته شده است. کیفیت خوراک پایلوت (پساب خروجی واحد بازیافت) متغیر بوده و غیرقابل کنترل میباشد. در این طرح بهترین فاکتور برای بررسی عکس العملهای سیستم طراحی شده در مقابل تغییرات خوراک میباشد. اطلاعات بدست آمده در جدولها و نمودارهای زیر نشان داده شده است. در جدول زیر مقادیر و نتایج تست پارامترهای CA,H ,TSS
,COLOR ,TDS ,COND ,COD آورده شده است.
در شکل 2 تغییرات COD در خروجی از غشا نسبت به زمان نشان داده شده است. همان طور که در نمودار نشان داده شده است در 10 ساعت اول، سیستم پارامترCODرا کاملاً حذف کرده است. در ساعت 15ام به علت گرفتگی بیولوژیکی، کاهش شدید دبی خروجی از غشا((QP و پس دهی و افزایش COD در خروجی از غشا اتفاق افتاده است.
در شکل 3 تغییرات هدایت در خروجی از غشا و مقدار قابل قبول آن برای استفاده در صنعت با هم مقایسه شده است. نتایج نشان میدهد در اکثر مواقع مقدار هدایت پایینتر از مقدار مجاز بوده است و فقط در یک مورد بنا به دلیلی که ذکر شد (تجمع برادههای فلزی) بالاتر از میزان مجاز بوده است.
در شکل 4 تغییرات TDS در خروجی از غشا و مقدار قابل قبول آن برای استفاده در صنعت با هم مقایسه شده است. نتایج نشان میدهد در اکثر مواقع TDS پایینتر از مقدار مجاز بوده است و فقط در یک مورد بالاتر از میزان مجاز بوده است که این به مشکل گرفتگی غشا بر میگردد.
شکل 5 تغییرات TSS نسبت به زمان و پس دهی آن آورده شده است که نشان میدهد. مشکل به وجود آمده (تجمع براده ی فلزی) تاثیری بر حذف ذرات جامد معلق در غشای اسمز معکوس نداشته است.
در شکل 6 تغییرات CaCo3 در خروجی از غشا و مقدار قابل قبول آن در ورودی و خروجی غشا و پس دهی آن را نشان داده شده است. نتایج نشان میدهد که تغییرات انجام شده در روند کارکرد پایلوت تغییری در دفع CaCo3 نداشته است.
