بخشی از مقاله
چکیده
ترکیبات نفتی یکی از مهمترین آلودگی های آب در محیط زیست به شمار می روند، که خطرات زیست محیطی فراوانی را به همراه دارند. جهت حذف این ترکیبات آلی روش های متفاوتی وجود دارد که در این طرح از ستون های حاوی رزین های نفتگیر استفاده می شود، در ستون ها هدف انعقاد میکرو قطرات هستند و رزین ها میکرو قطرات را از امولسیون نفت گرفته و قطرات بزرگ نفت را آزاد می کنند، که در این شرایط راندمان حذف روغن بیش از 98/5 درصد می باشد. اساس این طرح، نیز بر روی پاکسازی آلودگی های نفتی با استفاده از رزین ها، می باشد که از زیرشاخه های روش فیزیکی بوده ، از مزایای آن ها هزینه ی پایین، در دسترس بودن و اثرات منفی کم بر روی کیفیت آب و همچنین بازیابی و استفاده مجدد می باشد.
کلید واژه: حذف نفت از آب، ستون رزینی، تصفیه آب، رزین های پلیمری
مقدمه
در عصر ما همراه با پیشرفت شتابان صنعت و تکنولوژی، نگرانیهای بسیاری در مورد پیامدهای سوء مترقب بر آن زندگی بشر را تهدید می-نماید. اثرات تخریبی این پیشرفت که به صورت از بین بردن منابع، آلودگی محیطزیست و به طور کلی بر هم زدن اکوسیستم پدید آمده است، در صورت عدم چارهاندیشی، میتواند نسل حاضر و نسلهای آینده دچار مشکل کند. امروزه همزمان با پیشرفتهای صنعتی، مصرف آب چندین برابر شده است. شرایط هیدرولوژیکی جهان به گونهای است که آب موجود
انواع آلودگی نفتی در آب
آلاینده های آزاد : آلاینده های نفتی بصورت مواد معلق و کلوئیدی و مجزا در آب موجود میباشند.
آلاینده های محلول : مواد آلاینده بصورت مولکولی در بین مولکولهای آب توزیع میشوند.
آلاینده های محلول – امولسیون: ترکیبی از حالت امولسیون و محلول. آلاینده های امولسیون: مواد آلاینده نفتی در آب به صورت یک محلول امولسیون در می آیند.
آلاینده های امولسیون – آزاد: ترکیبی از حالت امولسیون و آزاد. روش های متداول جداسازی آلودگی نفتی از آب به هیچ وجه تناسبی با جمعیت یا وسعت تکنولوژی های جهان نداشته است.
یکی از شاخص های بارز مدیریت انرژی در پالایشگاه ها، بازیافت آب است. در پالایشگاه شیراز جهت سیستم خنک کاری پمپ های واحد های مختلف نظیر واحد تبدیل کاتالیستی، هیدورژن و ایزوماکس از آب استفاده میشود . آب خنک پس از طی واحد های مذکور در معرض آلودگی نفتی، روغن، گریس و غیره قرار می گیرد. وجود روغن آزاد در آب پس از بازگشت مشکلی اساسی است. نهایتا آب برگشتی جهت طی مجدد سیکل وارد یک مخزن می شود و به منظور خنک شدن و کاهش دمای آب وارد مبدل حرارتی از نوع صفحه ای شده و سیستم را مجددا طی می کند. این فرآیند به صورت یک چرخه ادامه می یابد که در اثر گذشت زمان سیستم، دچار آلودگی شدیدی می گردد.
شناور سازی با هوای محلول ، فیلتراسیون، سانترفیوژ کردن، جداسازی ثقلی، تصفیه بیولوژیکی، جذب توسط کربن فعال، منعقد کننده ها شناور سازی عمل جدا کردن اغلب توسط وارد نمودن حباب های گاز - معمولا هوا - در داخل مایع صورت می پذیرد. حباب ها به ذرات ریز متصل شده و نیروی شناوری ترکیب ذرات و حباب های هوا به اندازه کافی برای بالا بردن ذره به طرف سطح بزرگ می شود. در مورد ذرات نفتی می توان گفت که چسبیدن حباب های ریز هوا به ذره روغن باعث می شود که قطر موثر ذره بزرگ و چگالی ذره کاهش یابد و طبق قانون استوک سرعت صعود ذره روغن بیشتر می شود - . - 1
بنابراین می توان گفت شناورسازی یکی از روشهای جداسازی ثقلی میباشد که با افزایش اختلاف دانسیته بین دو فاز عمل جداسازی را انجام میدهد. انواع روش شناورسازی عبارتند از: شناورسازی با هوای محلول، شناورسازی با کمک خلاء ، شناورسازی به کمک هوا، شناورسازی با پخش گاز جداسازی بوسیله فیلتر و کاتریج - فیلتراسیون - طراحی سیستم فیلتر و کاتریج اساس بر توانایی حذف ذرات معلق و غیر پیوندی معلق و سوسپانسیون های کلوئیدی تا قطر 1 میکرومتر می باشد. طرح پیشنهادی فیلتر کاتریجی بصورت استوانه ای و با الگوی جریان شعاعی بمنظور رسیدن به بیشترین میزان حذف آلاینده و نیز کمترین میزان افت فشار میباشد.
جدا کننده های سیکلونی - سانترفیوژ - اساس جداسازی در این سیستم نیروی جانب مرکز ایجاد شده به واسطه حرکت گردابی جریان درون مخزن سیکلون می باشد. نیروی جانب مرکز ایجاد شده ، باعث جداسازی ذرات با دانسیته های متفاوت شده و در نتیجه هیدروکربن ها با دانسیته کمتر با ایجاد جریان مخالف مرکزی رو به بالا ناشی از خلا ایجاد شده، از محور مخزن و آب با دانسیته بیشتر، طی جریان هم جهت از پایین مخزن خارج می گردد. مزیت های استفاده از هیدروسیکلون ها نسبت به سایر روشهای جداسازی عبارتند از زمان جداسازی کوتاه، فضای کم مورد نیاز، بازدهی بالا و هزینه های عملیاتی پایین - . - 2
جدا کننده ثقلی سیستمهای ثقلی از سادهترین و قدیمیترین سیستمها در جداسازی نفت از آب یا پساب میباشند. مکانیزم جداسازی آب- روغن براساس اختلاف دانسیته استوار است. ذرات نفت به دلیل دانسیته کمتر به سمت سطح آب حرکت نموده و در سطح آب جمعآوری میشوند. ذرات جامد نیز ته نشین میشوند که به طور پیوسته باید از سیستم جمعآوری شود. توانایی یک جداکننده برای جداسازی روغن آزاد بستگی به عواملی همچون: نوع و حالت روغن در جریان پساب، مشخصات جریان حامل، طراحی و ظرفیت واحد و زمان ماند پساب دارد. اصول کار در جداکنندهها بر اساس نیروی ثقل روغن و آب میباشد - . - 3
جدا کننده های ثقلیعمدتاً به سه دسته تقسیم بندی می شوند :
روش بیولوژیکی
بیوتکنولوژی بر اساس تجزیه بیولوژیکی و تغییر شکل بیولوژیکی مواد زائد نفتی راهکارهای جدیدی ارائه کرده است. گرچه معمولا روش بیولوژیکی از لحاظ زیست محیطی و اقتصادی به صرفه هستند اما مهمترین محدودیت روش بیولوژیکی زمان بر بودن آن است. در این روش میکروارگانیسمها - بهویژه باکتریها - نقش اصلی را در فرآیند تصفیه برعهده دارند در این حالت تحت عمل میکروارگانیسمها تغییراتی در خواص مواد داده میشود و موجب تجزیهی برخی از ترکیبات هیدروکربنی موجود در پساب میگردد. ترکیبات آلی در این حالت به عنوان منبع غذایی برای میکروارگانیسم میباشند. همچنین ترکیبات غیرآلی مانند آمونیاک و سولفات نیز در فرآیندهای سوخت و ساز نقش منبع اکسیژن را ایفا میکنند. محصول نهایی تجزیههای میکروبی اکثر تودههای سلولی، دی اکسید کربن، آب، هالیدها، نیتروژن و گوگرد می باشد - . - 4
کربن فعال
کربن فعال نیز به عنوان یک جاذب تجاری برای جذب ترکیبات آلی به خصوص ترکیبات نفتی کاربرد دارد. از جمله مزیت های آن می توان به ظرفیت جذب بالا، قابل دسترس بودن اشاره کرد. ولی به هرحال از جمله معایب آن ریسک آتش سوزی، مسدودشدن حفرات و مشکل تولید مجدد و عدم گزینش پذیری اشاره کرد. کربن فعال میتواند از مواد کربنی از جمله زغال سنگ - بیتمینوس و سابیتی مونس و لیگنیت - چوب و پوست میوه مغزدار - نارگیل - ساخته شده است. فرایند ساخت شامل دو مرحله زغالی شدن - تبدیل به زغال - و فعالسازی است. فرایند ذغالی شده شامل خشک کردن و سپس حرارت دادن و جداسازی محصولات شامل قیر و دیگر هیدروکربنها از مواد خام است و همچنین درایو کردن هر گونه گازهای تولید شده است
منعقد کننده ها
منعقد کننده ها وظیفه جداسازی فاز روغنی - ترکیبات نفتی - از آب را براساس اختلاف دانسیته بین دو مایع برعهده دارند. بدیهی است که این سیستم ها برای روغن های امولسیونی بهترین کارایی را دارند - . - 5 انواع منعقد کننده ها عبارتند ازانعقاد کننده صفحه، انعقادکننده با توری های مشبک، انعقادکننده با لوله های عمودی، فیلترهای انعقادکننده با بستر رزین در بررسی روش ها، متوجه خواهیم شد که ترکیبات نفتی به شدت در برابر تصفیه بیولوژیکی مقاومت می نماید . علاوه بر این، نمو باکتریها در امولسیون، با کاهش pH و تولید لجن های بیولوژیکی، به شدت موجب کاهش عمر مفید سیال می شود و در تصفیه شیمیایی نیز حضور ترکیبات نفتی بعنوان آلاینده در آب در کنار سایر آلودگی ها، باعث افزایش مقدار مواد شیمیایی مورد نیاز میگردد همچنین جداسازی روغنهای آزاد در تصفیه پسابهای صنعتی از طریق فیلتراسیون سبب گرفتگی و کاهش عمر فیلترها خواهد گردید
در میان فرایندهایی که برای حذف آلاینده های نفتی به کار گرفته شده است، با در نظرگرفتن جنبه های مختلف اقتصادی و زیست محیطی، استفاده از مواد جاذب و بطور ویژه کربن فعال و رزین ها جز به صرفه ترین و اقتصادی ترین روش های حذف آلودگی نفتی محسوب می شود. یکی از تکنولوژی های اصلی و مهم برای حذف غلظت های کم آلاینده ها در صنایع، استفاده از بستر رزینی است که امروزه این فناوری، جایگزین بسیاری از روش های جدا سازی شده است. رزین های مورد استفاده در ستون منعقدکننده از نوع رزین های روغن گیر سوپر می باشد که به عنوان عامل به هم پیوستن ترکیبات نفتی به منظور حذف مواد روغنی در آب برگشتی عمل می نماید .
شرح فرایند
در تصویر زیر شمای ساده ای از بستر رزینی که جریان آب آلوده به ترکیبات نفتی از پایین به سمت بالا عبور می کند مشاهده می شود:
بخش های مختلف این مدل فیزیکی را می توان در بندهای زیر خلاصه نمود:
1. مخزن
2. پمپ
3. لوله انتقال سیال
4. خروجی لوله آزمایش ها و تجهیزات مربوطه
5. دبی سنج و شیر کنترل جریان
مکانیزم عمل فیلتر منعقدکننده ها شامل سه مرحله می باشد:
1. تجمع قطرات
2. بهم پیوستگی قطرات کوچکتر و تشکیل قطرات بزرگتر
3. صعود وسقوط ذرات بزرگتر با توجه به اختلاف جاذبه و نیروی شناوری قطرات کوچک روغن توسط رزین ها احاطه شده و طی مکانیزم جذب
سطحی، فیلمی از هیدروکربن دراطراف سطح رزین تشکیل می شود. این قطرات ریز نفتی پس از انعقاد و بهم پیوستگی، تشکیل قطرات بزرگتر را می دهند. زمانی که این قطرات به سایز مشخصی رسیدند در بالای منعقدکننده شناور شده و تخلیه مداوم فیلم هیدروکربنی از بستر رزین طبق برنامه زمانبندی مشخص طبق قوانین شناوری و اختلاف جاذبه انجام می شود. شکست مداوم فیلم از روی بستر رزین توسط جریان رو به بالای آب صورت گرفته، فیلم شکسته شده و نهایتا تخلیه می گردد این فرایند مکررا صورت می گیرد.
نتیجه گیری
رزین های مذکور، عمل منعقد کردن ذرات بسیار ریز نفتی را انجام می دهد و از بالای ظروف مربوطه طبق برنامه زمانبندی مشخص، فیلم روغن تشکیل شده خارج می گردد، که این خود سبب احیا خود به خودی رزین نیز می شود، بنابراین رزین های مصرفی و نوع آنها نقش مهمی در حذف ترکیبات نفتی همراه آب را دارند. این نوع خاص از رزینهای تبادل یونی از جنس کوپلیمر استایرن و دی وینیل بنزن می باشد که ظرفیت بالائی جهت حذف روغن دارد. این نوع رزین استحکام مکانیکی خیلی بالایی دارد. پایداری شیمیائی و فیزیکی این نوع رزینها بسیار بالاتر از انواع مشابه خود بوده و از لحاظ سایز و اندازه نیز دارای محدوده یکنواختی بوده که عدم خروج از نازلهای مسیر سیال خروجی را تضمین می نماید این نوع رزینها در مواد اسیدی، قلیائی و کلیه حلالهای رایج نامحلول بوده ولی اگر در مدت طولانی در معرض کلراین آزاد و یا سایر اکسید کننده های قوی قرار بگیرد به آرایش ماتریسی پلیمر آسیب رسیده و سبب افزایش رطوبت رزین می گردد - . - 6
