مقاله فرآیند تصفیه پساب صنعتی - مطالعه موردی : پساب پالایشگاه نفت کرمانشاه

بخشی از مقاله

فرآیند تصفیه پساب صنعتی- مطالعه موردی: پساب پالایشگاه نفت کرمانشاه
چکیده
به منظور جلوگیری از مشکلات حاصل از تخلیه پسابهای صنعتی به محیط زیست، آنها را با استفاده از روشهای گوناگون مورد تصفیه قرار میدهند. مهمترین روشهای بکار گرفته شده عبارتند از: روشهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی و به دلیل اینکه مواد پیچیده موجود در پساب به گروههای شیمیایی مختلف تعلق دارند، از ترکیب این روشها در تصفیه پساب استفاده میشود. در این تحقیق ابتدا به طور مختصر به معرفی این روشها پرداخته شده است و سپس روشهای استفاده شده در فرآیند تصفیه پساب پالایشگاه نفت کرمانشاه که در قالب سیستمهای API، یکنواخت سازی و خنثی سازی، انعقاد و لخته سازی، شناور سازی، هوا دهی و کلر زنی میباشد، شرح داده شده است. در پایان نیز با استفاده از نتایج تجربی گردآوری شده توسط واحدهای صنعتی، به مقایسه مواد منعقد کننده مختلف و تاثیر پارامترهای مختلف در عملکرد کمک منعقد کننده مورد استفاده پرداخته شده و همچنین راهکارهایی در جهت بهبود کارایی سیستم تصفیه پساب پالایشگاه نفت کرمانشاه ارائه شده است.
واژههای کلیدی: تصفیه پساب، پالایشگاه نفت کرمانشاه، API، یکنواختسازی و خنثیسازی، انعقاد و لختهسازی، شناورسازی، هوا دهی، کلر زنی

-1 مقدمه
به منظور پیشگیری از آلودگی منابع زیست محیطی؛ بدلیل وجود انواع مواد و ناخالصیهای تشکیل دهنده در فاضلابهای صنعتی تصفیه پسابهای صنعتی امری ضروری است. از آلایندههای موجود در فاضلاب می توان مواد آلی، ازت و فسفر، عوامل پاتوژن، مواد معلق و قابل ته نشینی، مواد سمی و آلودگی های حرارتی را نام برد. فرآیندهای جوهرزدایی، فرآیندهای صابون سازی و... از جمله منابع تولید پسابهای نفتی و روغنی هستند که مطابق با تعرفه آژانس حمایت از محیط زیست امریکا1 ، این آبها هنگام بازگشت به محیط زیست حداکثر می توانند 10 ppm ذرات روغنی به همراه داشته باشند .[19]
نفت حاصل از پسابهای مخازن هیدروکربنی یک خطر جدی برای محیط زیست به شمار میآید. از آنجا که تخریب محیط زیست توسط این گونه پسابها به سرعت انجام می گیرد در نتیجه توجه به رعایت این قوانین خیلی مهم به نظر می رسد. بدین منظور باید ترکیبات حل شده یا نشده نفتی را قبل از دور ریختن این گونه پسابها از آن جدا کرد. به طور کلی هدف از تصفیه پساب موارد زیر است:
1. گرفتن مواد معلق و شناور از فاضلاب
2. تبدیل مواد ناپایدار موجود در فاضلاب به مواد پایدار
3. جداسازی مواد سمی محلول و نامحلول
4. گندزدایی و نابودی میکروب ها در فاضلاب
ویژگیهای فاضلاب میتواند در شرایط مختلف متفاوت باشد و برای جداسازی مواد مختلف روشهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی متعددی به کار گرفته شود، که هر روش مزایا و معایب مخصوص به خود را دارد. مواد پیچیده موجود در پساب به گروه های شیمیایی مختلف تعلق دارند و این امر لزوم ترکیب روش های مختلف فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی به طریقی که روش تصفیه ساده و از نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفه باشد را ضروری می سازد. به همین دلیل در فرایند تصفیه پساب پالایشگاه نفت کرمانشاه ترکیبی از این روشها در نظر گرفته شده است، اما مطالعه پایه های علمی این روشها به صورت مجزا مفید بوده، زیرا اصول همواره ثابت می ماند.
-2 تصفیه ی فیزیکی یا مکانیکی
در این روش از خواص مکانیکی و فیزیکی برای جداسازی مواد خارجی معلق درفاضلاب استفاده می شود. مهمترین روشهای تصفیه ی مکانیکی متداول در تصفیه خانه های فاضلاب عبارتند از:
-1-2 صاف کردن فاضلاب
که شامل روشهای زیر است:

· آشغالگیری
آشغالگیری نخستین تصفیهای است که در تصفیه خانهها در مورد فاضلاب خام انجام می گیرد و در ضمن آن مواد معلق درشت را از فاضلاب جدا می سازد.

· صاف کردن با کمک ماسه
این روش بیشتر برای تصفیه ی نهایی فاضلاب و زلالسازی آن درتصفیه خانهها بکار میرود. و مواد معلق بسیار ریز مانند تخم انگل که غالبا در برابر تجزیه بسیار مقاوماند گرفته می شوند.

-2-2 ته نشین کردن مواد معلق
روش ته نشینی کردن مواد معلق در فاضلاب مهمترین روش تصفیه مکانیکی است که در بیشتر تصفیه خانههای فاضلاب مورد استفاده قرار میگیرد. اساس کار روش ته نشینی بر این هدف قرار دارد که با کاهش سرعت جریان در استخرها امکان ته نشین شدن مواد معلق در فاضلاب به وجود می آید. از مهمترین حوضچههای این بخش حوضچه API می باشد که عمل تصفیه فاضلاب را بر اساس اختلاف دانسیته بین مواد نفتی و گریسی با آب انجام می دهد. این حوضچه غلظت مواد نفتی را به 50-100 ppm کاهش می دهد.

-3-2 شناور سازی مواد معلق
شناور سازی واحدی عملیاتی است که برای جداسازی ذرات جامد یا مایع از یک فاز مایع به کار می رود. جداسازی در این عملیات از طریق وارد کردن حبابهای ریز گاز (معمولا هوا) به داخل فاز مایع صورت می پذیرد که در نتیجه آن حبابهای هوا به ذرات جامد چسبیده و نیروی شناوری مجموعه ذره و حبابهای گاز به قدری افزایش می یابد که سبب صعود ذره به سطح می شود، بدین ترتیب میتوان ذراتی را که چگالی آنها از مایع بیشتر است را به صعود به سطح واداشت و صعود ذرات با چگالی کمتر از مایع (مانند روغن محلول در آب) را نیز تسهیل کرد.[7] بسیاری از پسابهای روغنی توسط استفاده از شناورسازی بدون بکار بردن هرگونه مواد شیمیایی تصفیه می شوند، اما استفاده از دی امولسیفایرها و منعقدکنندهها در اکثر موارد باعث بهبود جداسازی می شود.[12] شناورسازی به وسیله هوا به یکی از روشهای زیر انجام می گیرد:

• هوادهی در فشار جو (روش (IAF
در روش IAF، هوا بدون عبور از کمپرسور یا دمنده مستقیما از اتمسفر وارد سیستم می شود. این روش از شناور سازی حباب های هوای بسیار درشت ایجاد می کند که برای تصفیه فاضلاب و جداسازی روغن مناسب نمی باشد. روش IAFمعمولاً برای پسابهای معدنی و همچنین در صنایع نفت برای جداسازی امولسیونهای نفت - آب به کار می رود6]،9،.[17

• تزریق هوا هنگامیکه مایع تحت فشار می باشد و سپس حذف فشار(روش (DAF
در روش DAF، هوا با فشار بالاتر از 4 یا 5 اتمسفر در آب حل شده و زمانی که آب اشباع شده وارد مخزن شناورسازی در فشار اتمسفریک گردیده، هوای اضافه محلول به صورت حبابهای ریز آزاد میشود و ذراتی که بطور مداوم در جریان هستند با حبابها تماس پیدا می کنند. برخورد و اتصال حبابهای ریز و ذرات معلق نیروی شناوری وارد بر آنها را افزایش داده و امکان صعود به سطح و شناوری را فراهم می کند5]،.[13 روش DAF روش معمولی تری برای تصفیه فاضلاب روغنی می باشد.

• اشباع به کمک هوا در فشار جو و سپس اعمال خلاء در مایع( شناورسازی به کمک خلاء)
شناورسازی خلایی محدود به تغییر فشار یک اتمسفر است و کاربردهای محدودی دارد برای مثال آبگیری لجن فاضلاب6]،9،.[17
-3 تصفیه ی شیمیایی
اساس کار در تصفیه ی شیمیایی بر کاربرد مواد شیمیایی در تصفیه ی فاضلاب قرار دارد. این روش بیشتر در تصفیه آب وهمچنین فاضلابهای صنعتی کاربرد دارد. در تصفیه خانههای فاضلاب مواد شیمیایی مانند کلرور فریک و انواع مختلف پلیمرها را برای تاثیر گذاردن روی مواد خارجی نامحلول و کلوییدی و یا مواد محلول در فاضلاب بکار می برند. بجز این از مواد شیمیایی مانند کلر برای گندزدایی و کشتن میکروبهای موجود در فاضلاب و نیز برای کاهش بو در تصفیه خانهی فاضلاب استفاده می شود.
-1-3 عمده ترین روشهای تصفیه شیمیایی مواد محلول در فاضلاب:
• خنثی سازی (کاربرد اسید و باز در فاضلابهای اسیدی یا قلیایی)
در صورتی که فاضلاب هنگام ورود به تصفیه خانه درجهی اسیدی کمتر از 6/5 و یا بیشتر از 8/5 داشته باشد نخست باید آنرا خنثی نمود . فاضلاب شهری برخلاف فاضلاب صنعتی نیاز به عمل خنثی سازی ندارد.
· اکسیداسیون (استفاده از مواد اکسید کننده همچون ازن و کلر برای پایدار نمودن و جداسازی مواد خارجی محلول)
· احیا (کاربرد روشهای تعویض یونی)

· تعویض یون (کاربرد موادی همچون زئولیت)
-2-3 عمده ترین روشهای تصفیه شیمیایی مواد نامحلول در فاضلاب:
• انعقاد و لخته سازی
انعقاد و لخته سازی یک فرآیند شیمیایی است که برای حذف مواد کلوئیدی آب و فاضلاب که به کمک صاف کردن قابل رفع نیستند، بکار می رود به عبارت دیگر انعقاد تشدید کنندهی عمل ته نشینی در تصفیه ی فیزیکی است. در این روش از ترکیبات فلزاتی مانند آلومینیوم، آهن یا برخی از ترکیبات الکترولیت استفاده می شود. املاح فلزات که به عنوان منعقد کننده وارد آب می-شود، در اثر هیدرولیز به صورت یونی یا هیدروکسید یا هیدروکسیدهای باردار در میآید . بوجود آمدن این مولکول باردار بزرگ با خنثی نمودن ذرات کلوئیدی و کاهش پتانسیل زتا (اختلاف پتانسیل بین فاز پخش شده و محیط اطراف آن) که عامل اصلی دافعه بین ذرات کلوئیدی میباشد، امکان لازم برای عمل نمودن نیروی واندروالسی را بوجود میآورند که موجب چسبیدن ذرات به یکدیگر می شود و ذرات درشت دانه و وزینتری را ایجاد می کنند. برای کامل کردن این عمل و ایجاد لخته های بزرگتر از مواد دیگری به نام کمک منعقد کننده مثل پلی الکترولیتهای پلیمری استفاده می شود. مکانیسم کار کمک منعقد کنندهها به این صورت است که با تشکیل بندها و یا پلهایی بین ذرات ریز لخته شده، حاصل از کار مواد منعقد کننده، آنها را بصورت لختههای درشت تر و سنگین تر در می آورند که ته نشینی آنها سریعتر انجام میگیرد.[14]

• جذب سطحی
برخی از مواد شیمیایی مانند کربن فعال به علت خاصیت جذب سطحی زیاد می توانند ذرات معلق و کلوئیدی موجود در فاضلاب را جذب کنند. استفاده از اینگونه مواد در صافیهای ماسهای به ویژه برای رنگ زدایی پساب برخی از کار خانهها مفید است. جذب سطحی میتواند برای حذف مواد و ترکیبات محلول همچون ترکیبات تولید کننده رنگ و بو نیز به کار گرفته شود.

• گندزدایی فاضلاب
گرچه فرآیندهای لجن فعال توان تصفیه بسیاری از پسابهای صنعتی را دارد ولی این روش در مقابل ترکیبات سمی و شوکهای ناگهانی بسیار حساس است و در ضمن با توجه به افزایش روز افزون مواد آلی جدیدی که تعداد بسیار زیادی از آنها قابل تجزیه بیولوژیکی نیستند یا به میزان کمی تجزیه میشوند و با با علم به اینکه تعدادی از این ترکیبات خاصیت سرطان زایی دارند، تصفیه با لجن فعال کافی نبوده لذا جهت رسیدن به استانداردهای جهانی مورد نیاز ازیک تصفیه دیگر نظیر

استفاده می شود8]،.[16
-4تصفیه بیولوژیکی
در تصفیه فاضلاب برای تبدیل مواد آلی محلول و کلوئیدی به موادی که به آسانی از آب جدا می شود و نیز تبدیل آنها به عناصر سادهتر، از میکروارگانیسمها استفاده میشود. انواع روشهای تصفیهای که بر این مبنا استوار هستند بطور کلی تصفیه بیولوژیکی نامیده می شوندو زمانی که تصفیه فیزیکی و شیمیایی جوابگو نباشد از تصفیه بیولوژیکی جهت حذف آلایندهها استفاده میگردد. در این روش شرایط به گونهای ایجاد میشود که میکروارگانیسمها بتوانند در آن شرایط بخوبی رشد داشته، با تغذیه از مواد موجود در فاضلاب این مواد را تجزیه، قسمتی را در متابولیسم حیاتی خود مصرف و بقیه را بصورت عناصر ساده تر نظیر آب و دی اکسید کربن در آورند.

-1-4 مهمترین انواع تصفیه بیولوژیکی:
• تصفیه زیستی با کمک باکتریهای هوازی
در تصفیه بیولوژیکی هوازی مواد آلی فاضلاب به گاز متان و هیدروژن سولفوره تبدیل می شوند. اساس کار در این روش، رسانیدن اکسیژن به فاضلاب است. برای رسیدن به این هدف باید سطح تماس فاضلاب با هوا افزایش یابد. این کار ممکن است با دمیدن هوا در فاضلاب و یا ایجاد تلاطم در سطح آن رخ دهد. تنها حسن این روش بهینه بودن رشد میکروارگانیسمها و در نهایت کم بودن حجم لجن است. بدلیل مشکلات ناشی از بوی نامطبوع و نیز کم بودن راندمان حذف BOD در تصفیه فاضلاب شهری بندرت از این روش استفاده می شود.
از انواع فرآیندهای هوازی میتوان فرآیندهای با رشد معلق (لجن فعال و لاگون هوادهی)، با رشد چسبیده (فیلترچکنده و تماس دهندههای بیولوژیکی چرخان) و سیستم ترکیبی رشد معلق و فیلم چسبیده را نام برد.
• تصفیه زیستی با کمک باکتریهای بی هوازی
فرآیندهای بیهوازی از دیدگاه شیمی و میکروبیولوژی دارای پیچیدگی بیشتری نسبت به فرآیندهای تصفیه هوازی میباشند. اساس کار این باکتریها بر این است که اکسیژن مورد نیاز خود را از تجزیهی مواد آلی و معدنی موجود در فاضلاب بدست آورند.
نتیجهی این فعالیت تجزیهی مواد آلی ناپایدار و تبدیل آنها به نمکهای معدنی پایدار و نیز تولید گازهایی چون هیدروژن سولفوره ، متان، CO2 و ازت میباشد. به علت تولید گاز هیدوژن سولفوره به این روش، روش تعفن نیز میگویند. مهمترین کاربرد این روش در مخزنهای سربسته هضم لجن میباشد. در تکنیک هضم لجن تلاش میشود که مرحلهی اسیدی زود گذر باشد و فرایند هضم لجن بیشتر به صورت متانی و در حالت قلیایی انجام گیرد.
از انواع فرآیندهای هوازی میتوان فرآیندهای با رشد معلق (لجن فعال بیهوازی یا تماس بیهوازی و هضم بیهوازی)، با رشد چسبیده (صافی بی هوازی) را نام برد.
• تصفیه زیستی با کمک باکتریهای اختیاری
فرآیندهایی هستند که در آنها ترکیبی از واکنشهای هوازی، بیهوازی و غیرهوازی رخ میدهد نظیر برکههای تثبیت فاضلاب. برکههای تثبیت فاضلاب2 بطور کلی به استخر یا مجموعه استخرهایی اطلاق می شود که به عنوان مرحله یا مراحلی از تصفیه بیولوژیکی فاضلاب بکار برده می شود. در این سیستم، آلایندهها از طریق ته نشینی و یا تبدیل، طی فرآیندهای بیولوژیکی و شیمیایی از جریان فاضلاب حذف می شوند.[15] سیستم برکههای تثبیت دارای مزایای متعددی نظیر راهبری ساده با هزینه پایین، مصرف انرژی پایین، متکی بودن به منابع انرژی طبیعی، پذیرش شوک بار آلی و هیدرولیکی و توانایی تولید پساب تصفیه شده با کیفیت مناسب می باشد11]،.[18 البته استخرهای تثبیت از لحاظ فعل و انفعالات بیولوژیکی به سه دسته استخرهای هوازی، استخرهای بیهوازی و استخرهای اختیاری تقسیم می شوند.

-5 واحد بازیافت پساب پالایشگاه نفت کرمانشاه
در این واحد کلیه آبهایی که در واحدهای مختلف نظیر آزمایشگاه، مخازن، پروسس و... به مواد نفتی آلوده شدهاند را بصورت فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی تصفیه کرده و به سمت رودخانه هدایت می کنند. بطور کلی فاضلاب تولیدی در پالایشگاه درجریان فعل و انفعالات پروسههای تولید مواد نفتی در واحدهای 100 ،200، 300 ، 400 ،500 ، یوتیلیتی (واحد آب و برق و بخار) ایجاد می گردد کهاین مواد عمدتاً شامل مواد فنلی، روغنهای آزاد و امولوسیونی ومحصولات نفتی دیگر می باشد.
-1-5 حوضچه API
آبهای آغشته به مواد نفتی یا همان پسابهای صنعتی از طریق کانالها به سمت حوضچه API هدایت می شوند. حوضچه API شامل دو بخش می باشد که هر کدام از آنها دارای الکتروموتور بوده و باعث چرخش جاروبکها میشود. در این حوضچهها به آب زمان ماند داده میشود. در اثر سکون، مواد نفتی به بالای حوضچه آمده و گلولای در ته حوضچه قرار میگیرند با حرکت جاروبک-ها توسط موتور، مواد نفتی به سمت نفتروب رفته و از آنجا به داخل چالهای که در کنار حوضچه قرار دارد می ریزد که در صورت پر شدن این چاله به یک تانک ریخته می شود. در هنگام بازگشت، جاروبکها از زیر گلولای را با خود به سمت دیگر جمع آوری می کنند و به چاله حفر شده دیگری ریخته میشود. بر روی حوضچه API یک جریان بخار وجود دارد که برای جلوگیری از یخ زدگی در زمستان و برای سریع خاموش کردن آتش در مواقع آتس سوزی مورد استفاده قرار می گیرد.
-2-5 حوضچه یکنواخت سازی و خنثی سازی3

حجم این حوضچه1000 m3 است که 500 m3 آن مربرط به یکنواخت سازی و500 m3 مربوط به خنثی سازی است و در هر قسمت یکنواخت سازی و خنثی سازی، مخلوط کن وجود دارد.
بعد از واحد تصفیه فیزیکی آب وارد حوضچه یکنواخت کننده می شود. در این حوضچه عمل همگن سازی آب با استفاده از دیواره ایجاد شده در طول حوضچه و مخلوط کن انجام می گردد که زمان ماند در این جا حدود 10 ساعت میباشد. قسمت یکنواخت سازی دارای دو جریان ورودی است که یکی از حوضچه API و دیگری از آبهای خروجی بسترها و تغلیظ کننده است.
بعد از حوضچه یکنواخت کننده، فاضلاب به حوضچه خنثی ساز که در مجاورت آن قرار دارد، وارد میگردد. قسمت خنثی سازی دارای pH متر بوده که مقدار pH آب را اندازه گیری کرده و بوسیله ابزار دقیق به مخازن H2SO4 و NaOH دستور On و Off می دهد. اگر مقدار pH بالاتر از حد مجاز باشد اسیدسولفوریک و اگر پایین باشد کاستیک سودا (سدیم هیدروکسید) اضافه می شود. مقدار pH مورد قبول بین 6/5 – 8/5 است. سیستم زنگ برای مقادیر pH کمتر از4 و بیشتر از 9 تنظیم شده ست.
جدول((1 محدودههای pH برای تزریق کاستیک سودا و اسید سولفوریک
تزریق ماده شیمیایی حدود pH
فقط کاستیک سودا تزریق شود >4
به طور نسبی کاستیک سودا تزریق شود 4-7
هیچ ماده ای تزریق نمی شود 7-8
به طور نسبی اسید سولفوریک تزریق می شود 8-10

-3-5 حوضچه انعقاد و لخته سازی
بعد از حوضچه خنثی ساز، فاضلاب به حوضچه منعقد کننده پمپ میگردد حجم این حوضچه 24 m3 است. برای اینکه عمل اختلاط مواد منعقد کننده با فاضلاب به نحو مطلوبی صورت گیرد تزریق کلرور فریک و پلی الکترولیت توسط سه پمپ رفت و برگشتی در محفظه ای که آبشار نامیده می شود و قبل از حوضچه انعقاد و لخته سازی قرار دارد، انجام می گیرد. کلرور فریک به عنوان منعقد کننده برای ته نشینی مواد معلق ریز وکلوئیدی و پلی الکترولیت به عنوان کمک منعقد کننده برای سرعت بخشیدن به تشکیل لخته تزریق می گردد. در داخل حوضچه دو عدد مخلوط کن جهت همزدن و مخلوط کردن آب وجود دارد. میزان مواد منعقد کننده مصرفی توسط آزمایش جار معین می گردد.

-4-5 حوضچه شناور سازی با روشDAF
آب پس از حوضچه لخته سازی وارد دو عدد حوضچه شناور سازی که مجهز به سیستم تزریق هوای فشرده می باشد و ظرفیت هر کدام 30 m3 است می شود. در این قسمت جریانی از فاضلاب به همراه هوا تزریق میگردد که این حبابها ذرات روغن جمع شده و سایر مواد معلق را با خود به سطح آب میآورند. این مخزن مانند API عمل می کند یعنی پاروها توسط موتور چرخیده و مواد نفتی سطح آب و گلولای ته نشین شده را جمع آوری میکنند. مواد لخته شده سطح آب داخل چاله ریخته شده و به ورودی API پمپ می شود. گلولای ته نشین شده توسط شیرهای برقی به داخل چاله ریخته شده و توسط دو پمپ به داخل تغلیظ کننده پمپ می شود. از حوضچههای تصفیه فیزیکی به بعد تا انتهای مرحله شناورسازی حدود 50 تا 60 درصد آلودگیها بر حسب BOD5 و 60 تا 80 درصد مواد معلق حذف میگردد.

-5-5 مخزن استوانه ای4
از خروجی حوضچه شناورسازی یک جریان گرفته شده و با فشار، از بالا به داخل مخزن پمپ می شود. کمپرسور هوا را از قسمت وسط مخزن تزریق می کند. هوای حل شده در مایع باعث می شود ذرات معلق از فاز مایع جدا شود و عمل شناور سازی را بخوبی انجام دهد. در قسمت بالای مخزن یک عدد گیج وجود دارد که مقدار فشار داخل مخزن را نشان می دهد.

-6-5 حوضچه هوادهی یا تصفیه بیولوژیکی
آبهای خروجی از شناورسازی وارد تانک تجمع با حجم 60 m3 میشود که زمان ماند آن 15 min است. برای داشتن غلظت کافی از لجن یک خروجی از زلال کننده گرفته و به داخل تانک تجمع ریخته میشود. این تانک در اصل جهت مخلوط شدن فاضلاب انسانی و آب خروجی از شناورسازی طراحی شده است.