چگونه لجن بیولوژیک در فاضلاب  پتروشیمی را کاهش دهیم؟

فاضلاب صنایع پتروشیمی و نفت به‌خصوص واحدهای تقطیر و هیدروتریتینگ شامل ترکیبات آلی، معدنی و هیدروکربن‌های مضر برای محیط زیست هستند که قبل از دفع  لازم است تصفیه شوند. یکی از چالش‌های اصلی مدیریت این فاضلاب، کنترل و کاهش لجن بیولوژیک است که تولید بیش از حد آن علاوه بر افزایش هزینه‌های عملیات تصفیه، مشکلات اجرایی و زیست محیطی دارد. در این مطلب راهکارهای کنترل لجن بیولوژیک در مراحل پیش تصفیه فیزیکی و شیمیایی و تصفیه هوازی، بی هوازی فاضلاب پتروشیمی را به‌صورت کامل بررسی می‌کنیم.

همچنین بخوانید:

♣ دفع لجن های نفتی | روش های تصفیه و بازیافت اسلج های نفتی

♣ حذف روغن های امولسیونی و پسماندهای چرب از پساب صنعتی

فاضلاب پتروشیمی و لجن بیولوژیک چیست؟

فاضلاب پتروشیمی به مجموعه‌ای از پساب‌های صنعتی اطلاق می‌شود که در مراحل مختلف اکتشاف، استخراج، پالایش و فرآورش نفت و تولید محصولات پتروشیمی ایجاد می‌گردند. این پساب‌ها از منابع متنوعی مانند میدان‌های نفتی، پالایشگاه‌های نفت خام، واحدهای فرایندی نظیر اولفین‌ها، واحدهای تقطیر و هیدروتریتینگ، سیستم‌های سرمایش، شست‌وشوی تجهیزات، آب‌های تخلیه‌شده از برج‌های خنک‌کننده و همچنین سایر جریان‌های پراکنده صنعتی تولید می‌شوند.

به‌دلیل تنوع فرآیندها، ترکیبات موجود در فاضلاب پتروشیمی بسیار پیچیده بوده و می‌تواند شامل هیدروکربن‌های نفتی، ترکیبات آلی فرار، روغن و گریس، مواد شیمیایی افزودنی، فلزات سنگین، سولفیدها و ترکیبات سمی دیگر باشد. نوع و غلظت این آلاینده‌ها به منبع تولید فاضلاب و شرایط عملیاتی واحدها وابسته است و هر یک دارای سطح سمیت و قابلیت تجزیه‌پذیری بیولوژیک متفاوتی هستند. همین تنوع و پیچیدگی ترکیبات، تصفیه فاضلاب پتروشیمی را به یکی از چالش‌برانگیزترین بخش‌های مدیریت محیط‌زیست در صنایع نفت و پتروشیمی تبدیل کرده است.

ترکیبات انواع فاضلاب‌های پتروشیمی

فاضلاب‌های حاصل از میدان‌های نفتی هنگام استخراج نفت خام از چاه‌ تولید می‌شوند و حاوی مقادیر زیادی سورفکتانت مصنوعی و روغن خام امولسیونی هستند. ترکیبات آلوده‌کننده‌ای مانند پلیمرها، بنزن‌ها، فنول‌ها، هیدروکربن‌های آروماتیک چند حلقه‌ای و انواع روغن‌های معدنی سنگین بخش اصلی این فاضلاب هستند.

فاضلاب‌های حاصل از فرایند پالایش نفت از سیستم‌های خنک‌کننده، واحدهای تقطیر، هیدروتریتینگ و نمک‌زدایی تولید می‌شوند. این فاضلاب حاوی ترکیباتی مانند آمونیاک، سولفید، فنل و سایر هیدروکربن‌ها است.

فاضلاب‌های روغنی متفرقه هم از فرایندهای مرتبط مانند حمل و نقل نفت، پساب حاصل از شستشوی تجهیزات و سایر فعالیت‌های مشابه تولید می‌شود. ترکیبات این فاضلاب‌ها بسیار متنوع است و میزان COD بسیار بالایی دارند.

لجن بیولوژیک در فاضلاب پتروشیمی

لجن بیولوژیک (Biological Sludge) ماده تولیدی در واحدهای تصفیه بیولوژیک فاضلاب است که از فعالیت میکروارگانیسم‌های تجزیه‌کننده مواد آلی تولید می‌شود. بخشی از آلاینده‌ها در فاضلاب توسط میکروارگانیسم‌ها به آب، دی اکسید کربن و بیوگاز تبدیل می‌شوند و ماده باقیمانده به شکل لجن ته نشین می‌شود. این لجن در فاضلاب پتروشیمی بیشتر شامل مواد آلی تجزیه نشده مانند هیدروکربن‌های سنگین، روغن‌های پراکنده و ترکیبات آروماتیک تجزیه نشده توسط میکروارگانیسم‌ها است. همچنین ترکیبات معدنی و جامدات معلق مانند سیلیکات‌ها، فسفات‌ها و سولفات‌ها نیزدر آن وجود دارد.

در صنعت نفت و پتروشیمی،‌ تولید لجن بیولوژیک در دو واحد تقطیر و هیدروتریتینگ به دلیل ترکیبات متفاوت فاضلاب فرایندی، چالش بیشتری را در واحدهای تصفیه ایجاد می‌کنند. وجود روغن‌های پراکنده، هیدروکربن‌های سبک و جامدات معلق در واحدهای تقطیر عامل اصلی لجن بیولوژیک با حجم بالا هستند. همچنین فاضلاب واحدهای هیدروتریتینگ اغلب شامل ترکیبات آروماتیک، هیدروکربن‌های سنگین و کاتالیست‌های معلق هستند که تصفیه آن‌ها نیاز به عملیات پیچیده‌تری دارد.

تولید بیش از حد لجن بیولوژیک در فاضلاب پتروشیمی، با تاثیر بر افزایش هزینه جمع‌آوری و دفع باعث کاهش کارآیی واحدهای تصفیه بیولوژیک می‌شود. بنابراین لازم است حجم آن در مراحل مختلف تصفیه با راهکارهای مخصوص کاهش پیدا کند.

مراحل کاهش تولید لجن بیولوژیک در فاضلاب پتروشیمی

مدیریت و تصفیه انواع فاضلاب‌ پتروشیمی و کاهش تولید لجن بیولوژیک در دو مرحله پیش تصفیه و تصفیه بیولوژیک انجام می‌گیرد که هر کدام فرایندهای خاص خود را دارند. به این شکل علاوه بر کاهش اثرات زیست محیطی فاضلاب، طول عمر تجهیزات افزایش یافته و از خوردگی تدریجی آن‌ها در اثر تماس با انواع ترکیبات شیمیایی جلوگیری می‌شود. این موضوع به‌خصوص در واحدهای تقطیر و هیدروتریتینگ بسیار اهمیت دارد.

مرحله اول: پیش تصفیه فاضلاب پتروشیمی

فاضلاب پتروشیمی قبل از ورود به واحدهای بیولوژیک تصفیه و کاهش میزان لجن نیاز به پیش تصفیه دارد. در این مرحله هدف،‌ حذف آلاینده‌های بزرگ و روغن است تا تولید لجن بیولوژیک به حداقل برسد. فرایند پیش تصفیه شامل مراحلی مانند حذف روغن و جامدات معلق، جداسازی روغن و ذرات پراکنده از طریق انعقاد، شناورسازی، ته‌نشینی، فیلتراسیون یا میکروالکترولیز است. بر این اساس مراحل پیش‌تصفیه به دو بخش فیزیکی و شیمیایی تقسیم می‌شود.

پیش تصفیه فیزیکی

تصفیه فیزیکی به ویژگی‌های فاضلاب پتروشیمی بستگی دارد و در آن آلاینده‌ها توسط مواد جاذبی مانند کربن فعال، کوپلیمرها، زئولیت جدا می‌شوند. در مواردی که مقدار ترکیبات نمکی فاضلاب بالا است، از روش تبخیر برای حذف روغن باقی‌مانده استفاده می‌کنند. همچنین در فاضلاب‌های حاوی روغن، چربی و جامدات معلق، شناورسازی با هوا یکی از رایج‌ترین روش‌های تصفیه فاضلاب پتروشیمی است. به‌جز این موارد، میکروفیلتراسیون و اولترافیلتراسیون نیز روش‌های دیگری برای پیش‌تصفیه فیزیکی، به‌خصوص قبل از ورود فاضلاب به سیستم‌های RO هستند.

هر اندازه راندمان حذف روغن، مواد آلی و آلودگی‌ها در فرایند پیش تصفیه فیزیکی بالاتر باشد، تولید لجن بیولوژیک نیز کاهش می‌یابد.

پیش تصفیه شیمیایی

در این روش با اضافه کردن مواد شیمیایی خاص، هیدرولیز ترکیبات آلی زنجیره بلند، مواد سمی و جامدات معلق را افزایش می‌دهند. در نتیجه نسبت BOD به COD فاضلاب افزایش یافته و تولید لجن بیولوژیک اضافی نیز کاهش می‌یابد.

یکی از روش‌های پیش تصفیه شیمیایی، هوادهی سطحی با دیفیوزرهای حباب ریز است که باعث شکستن ساختار ترکیبات دارای هیدروکربن بالا می‌شود. غلظت اکسیژن محلول در این حالت 0.2 تا 0.3 میلی‌گرم بر لیتر است که علاوه بر افزایش هیدرولیز ترکیبات آلی، تولید گاز سولفید هیدروژن را نیز کاهش می‌دهد. بنابراین قابلیت تصفیه ترکیبات آروماتیک مانند بنزن، تولوئن، اتیل بنزن و زایلن در مرحله تصفیه بیولوژیک کاهش می‌یابد.

انعقاد و لخته‌سازی با ترکیبات شیمیایی برای فاضلاب‌‌های پتروشیمی روش دیگر در پیش تصفیه شیمیایی است. در این روش، ذرات معلق فاضلاب‌های حاوی ترکیبات آروماتیک مانند اسید تولیک، بنزوییک اسید، ۴-کربوکسی‌بنزالدئید، فتالیک اسید و ترفتالیک اسید با استفاده از مواد منعقدکننده شیمیایی ته‌نشین می‌شوند. کلرید فریک و پلی‌آکریلامید کاتیونی موثرترین ترکیبات منعقدکننده در این روش هستند. در برخی موارد برای افزایش راندمان تصفیه، ترکیب روش‌های میکروفیلتراسیون و اولترافیلتراسیون همراه با منعقد‌کننده‌ها و لخته‌سازها را به‌کار می‌برند.

روش سوم در تصفیه شیمیایی، تزریق گاز اوزون است که برای فاضلاب‌های حاوی فنول، بنزوئیک اسید، آمینو بنزوات و مواد صنعتی مانند ABS استفاده می‌شود.

استفاده از پیش تصفیه شیمیایی نیز با افزایش قابلیت زیست‌تخریب پذیری فاضلاب، میزان تولید لجن بیولوژیک را کاهش داده و راندمان کلی تصفیه فاضلاب پتروشیمی را افزایش می‌دهد.

مرحله دوم: تصفیه بیولوژیک

 تصفیه بیولوژیک فاضلاب پتروشیمی برای حذف ترکیبات آلی و پایدارسازی مواد سمی با استفاده از میکروارگانیسم‌ها انجام می‌گیرد. روش بیولوژیک به دلیل هزینه کمتر، راندمان بالای حذف آلاینده‌ها و سازگاری بیشتر با استانداردهای زیست محیطی بسیار مورد توجه است. با این حال از آنجا که ترکیبات فاضلاب پتروشیمی از ساختارهای پیچیده‌ آروماتیک و چند حلقه‌ای تشکیل شده‌اند، فرایندهای تجزیه بیولوژیک را محدود می‌کند. با این حال درصد قابل توجهی از آلاینده‌ها به این روش قابل حذف هستند. در فرایندهای بیولوژیک معمولا از هضم بی‌هوازی، هضم هوازی یا ترکیب هر دو استفاده می‌شود.

فرایند هضم بی‌هوازی

در این فرایند میکروارگانیسم‌ها در راکتورهای ویژه بدون حضور اکسیژن مواد آلی موجود در فاضلاب پتروشیمی را تجزیه کرده و آن‌را به بیوگاز (متان و دی اکسید کربن) تبدیل می‌کنند. این روش به‌دلیل نیاز به فضای کمتر و تولید لجن بیولوژیک پایین‌تر نسبت به هضم هوازی راندمان بالاتری از نظر تصفیه فاضلاب دارد. با این حال میزان حذف آلاینده‌ها و کاهش حجم لجن تا حد زیادی به ترکیب شیمیایی فاضلاب، نوع راکتور و شرایط عملیاتی وابسته است. تصفیه بی هوازی برای فاضلاب‌های پتروشیمی با COD بالا و فاضلاب‌های نفتی سبک گزینه اقتصادی‌تری محسوب می‌شود.

فرایند تصفیه هوازی

تصفیه هوازی به دلیل سادگی بهره‌برداری، مقاومت بالاتر میکروارگانیسم‌های مورد استفاده نسبت به ترکیبات سمی موجود در فاضلاب و عملکرد بهتر آن‌ها در تجزیه آلاینده‌ها کاربرد بیشتری نسبت به نوع بی‌هوازی دارد. راکتورهای متنوعی با توجه به نوع ترکیبات فاضلاب، فضای در دسترس و هدف از تصفیه (کاهش لجن بیولوژیک، کاهش COD، بازیابی آب یا انرژی) برای این کار مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این میان راکتورهای بر پایه بیوفیلم میزان لجن بیولوژیک را بیشتر کاهش می‌دهند.

در فرایندهای هوازی راندمان کاهش آلاینده‌های شیمیایی بالاتر از بی‌هوازی است. اما عملکرد فعالیت به شدت به عواملی مانند زمان ماند لجن، سطح اکسیژن، نسبت بار آلودگی به توده زیستی و دما بستگی دارد. البته راندمان سیستم‌های تصفیه هوازی در فاضلاب‌های نفتی به دلیل ترکیبات پیچیده آن، کمتر است، با این حال پتانسیل بالایی در کنترل تولید لجن بیولوژیک دارند.

سیستم‌های ترکیبی

ترکیب دو فرایند هوازی و بی‌هوازی عملکرد تصفیه را تا حد قابل توجهی بالاتر می‌برد. در این سیستم، ابتدا COD قابل تجزیه در بخش بی‌هوازی حذف و به بیوگاز تبدیل می‌شود. سپس آلاینده‌های باقیمانده حاوی ترکیباتی مانند آمونیاک و سولفید در بخش هوازی تجزیه می‌شوند. راندمان بالا، مصرف انرژی پایین و تولید کمتر لجن بیولوژیک از مزایای سیستم‌های ترکیبی بی‌هوازی-هوازی است و به خصوص برای فاضلاب‌های پیچیده پتروشیمی گزینه بسیار مناسبی هستند.

نقش ضدعفونی‌کننده های شیمیایی در کاهش لجن بیولوژیک

یکی از راه‌حل‌های کاهش لجن بیولوژیک استفاده از ضدعفونی‌کننده‌های شیمیایی در فرایندهای پیش‌تصفیه و تصفیه بیولوژیک است. این روش که معمولا به‌عنوان مکمل و همراه با فرایندهای دیگر انجام می‌گیرد، به دلیل تاثیر بر کنترل جمعیت میکروبی در فاضلاب، از تولید بیش از حد لجن بیولوژیک جلوگیری می‌کند.

نقش ضدعفونی‌کننده‌ها در فرایند پیش تصفیه

همان‌طور که گفتیم، هدف از مرحله ویش تصفیه آماده‌سازی فاضلاب پتروشیمی برای ورود پایدار و تا حد امکان عاری از الاینده به واحد بیولوژیک است. فاضلاب پتروشیمی معمولا حاوی میکروارگانیسم‌های ناخواسته‌ای مانند باکتری‌های مولد سولفید و زیست توده‌هایی است که در مراحل بعدی باعث افزایش لجن بیولوژیک، تولید گاز سولفید هیدروژن و  افزایش تاثیرات منفی بر محیط زیست می‌شود. استفاده از مواد ضدعفونی‌کننده شیمیایی در این مرحله بار میکروبی را قبل از ورود به واحد تصفیه بیولوژیک کاهش می‌دهد و با کنترل رشد جمعیت آن نسبت BOD به COD را کاهش می‌دهد. در حقیقت این مواد بخشی از پیش تصفیه شیمیایی هستند که در کنار مواد منعقدکننده و سیستم‌های هوادهی به‌صورت مستقیم باعث کاهش لجن بیولوژیک می‌شوند.

نقش ضدعفونی کننده‌ها در فرایند تصفیه بیولوژیک

در تصفیه بیولوژیک هدف از بکارگیری ضدعفونی‌کننده‌های شیمیایی کنترل هوشمند جمعیت میکربی است. زیرا عدم کنترل باعث افزایش تولید لجن، کاهش راندمات حذف COD و ناپایداری فاضلاب می‌شود. استفاده مناسب با غلظت کنترل شده ضدعفونی‌کننده های شیمیایی رشد میکروارگانیسم‌های رشته‌ای را مهار کرده و از تشکیل لجن حجیم جلوگیری می‌کند. این کار در راکتورهای مورد استفاده برای تصفیه اهمیت بالایی دارد زیرا کنترل میکروارگانیسم‌ها به‌طور مستقیم با کاهش هزینه‌های مدیریت تولید لجن بیولوژیک ارتباط دارد.

ضدعفونی‌کننده‌های شیمیایی رایج مورد استفاده در فرایند تصفیه

در فاضلاب پتروشیمی، ترکیبات پایه کلر و مشتقات آن مانند هیپوکلریت سدیم، کلر گازی یا دی اکسید کلر در غلظت مشخص،  اصلی‌ترین مواد برای کاهش لجن بیولوژیک هستند. البته برخی ترکیبات پایه پراکسید مانند پر اکسید هیدروژن هم در زمانی‌که هدف تصفیه کاهش اثرات سمی الاینده‌ها یا حذف ترکیبات خاص آروماتیک باشد، مورد استفاده قرار می‌گیرند. مواد ضدعفونی کننده پایه اکسیژن فعال و ترکیبات آمونیومی چهارتایی اصلاح شده نیز از دیگر موادی هستند که با توجه به ترکیب فاضلاب و هدف از تصفیه در غلظت پایین و کنترل شده به کار می‌روند. نکته مهم در استفاده از ضدعفونی کننده‌های شیمیایی انتخاب درست نوع ماده، غلظت آن و نقطه تزریق است. زیرا در غیر این صورت راندمان فرایند تصفیه کاهش می‌یابد.

کلام آخر:

مدیریت فاضلاب پتروشیمی به‌دلیل ترکیبات پیچیده و تولید لجن بیولوژیک، به‌ویژه در واحدهای تقطیر و هیدروتریتینگ، نیازمند استفاده از روش‌های ترکیبی پیش‌تصفیه و تصفیه بیولوژیک است. به‌کارگیری ضدعفونی‌کننده‌ها در مراحل مختلف تصفیه، نقش مؤثری در کاهش تولید لجن بیولوژیک، بهبود راندمان تصفیه و کاهش هزینه‌های عملیاتی دارد. در این راستا، محصول بایوساید پی  صنایع آرال شیمی، به‌عنوان یک ضدعفونی‌کننده ارگانیک، گزینه‌ای مناسب و کارآمد برای کنترل آلودگی‌های میکروبی در سیستم‌های تصفیه فاضلاب پتروشیمی محسوب می‌شود. این محصول با عملکرد مؤثر در مهار رشد میکروارگانیسم‌ها، بدون ایجاد مشکلات جانبی رایج برخی ضدعفونی‌کننده‌های شیمیایی، به کاهش لجن بیولوژیک و افزایش پایداری فرآیند تصفیه کمک کرده و انتخابی ایمن و بهینه برای این کاربرد است.