Rening och återanvändning av avloppsvatten vid oljeraffinaderier

• 1. Föroreningar i avloppsvatten från petrokemiska industrier och oljeraffinaderier                                                                      
• 2. Avloppsreningsverk för oljeraffinaderier 
• 3. Användning av system för flotation med upplöst luft (DAF)
• 4. Slutsats

Petrokemiska anläggningar och oljeraffinaderier förbrukar stora mängder vatten. Här följer de viktigaste användningsområdena för vatten vid dessa anläggningar:

• Kylning av utrustning och processer.
• Ångframställning.
• Injicering i formationer.
• Rengöring av behållare och utrustning.
• Bearbetning av råolja och andra råvaror under raffineringsprocessen.

Den petrokemiska industrin ställer höga krav på de miljökontroller, standarder och protokoll som den följer, eftersom det avloppsvatten som produceras har en hög föroreningsbelastning. Av denna anledning har oljeraffinaderierna egna vattenreningsanläggningar som minskar miljöpåverkan från deras avloppsvatten. Dessa anläggningar använder bland annat olika fysiska, kemiska, biologiska och filtreringsprocesser för att eliminera föroreningarna från avloppsvattnet innan det släpps ut eller återanvänds i andra delar av raffinaderiet.

Dessutom tvingar vattenbristen i närheten av vissa oljeraffinaderier fram åtgärder för att återanvända så stor del av avloppsvattnet som möjligt.

1. Föroreningar i avloppsvattnet från petrokemiska industrier och oljeraffinaderier

Oljeraffinaderier producerar stora mängder avloppsvatten under sin verksamhet. Dessa utsläpp innehåller olika typer av föroreningar, däribland organiska föreningar, tungmetaller och andra giftiga ämnen.

I ett oljeraffinaderi uppstår olika typer av avloppsvatten:

• Avsaltningsvatten (tvättning av råolja)
• Survatten (från processer med råolja)
• Processvatten (produktdiskning, katalysatorregenerering)
• Förbrukade frätande ämnen (svåra att hantera)
• Bottenavlagringar (sediment)
• Spolvatten (från kyltorn)
• Biprodukter från behandlingen (slam, osmosavfall, regenerering av hartser)
• Regnvatten (som kan återanvändas)
• Ballastvatten (kräver behandling för att förebygga sjukdomar och invasiva arter)

De viktigaste källorna till avloppsvatten vid oljeraffinaderier är följande:

• Kylning av utrustning och maskiner.
• Rengöring av behållare och annan utrustning.
• Bearbetning av råolja och andra råvaror.
• Avloppsvattnet kan också innehålla biprodukter från raffineringsprocessen, såsom slam, som kräver ytterligare rening och bortskaffande.

Utsläppen från oljeraffinaderierna innehåller höga halter av kolväten, oljor och fetter, vilket leder till ett högt kemiskt syrebehov (KSB) och därmed en syrebrist i vattnet.

Bland de ämnen som förekommer i detta avloppsvatten kan följande nämnas:

• Bensen, toluen och xylen, som är flyktiga organiska föreningar (VOC) som används i raffinaderiprocesser och som kan förekomma i avloppsvatten från kyl- och processutrustning. Dessa föreningar är cancerframkallande och kan orsaka andningsbesvär samt andra hälsoproblem hos människor.
•  Polycykliska aromatiska kolväten (PAH), som är organiska föreningar som bildas under raffineringsprocessen och som förekommer i avloppsvatten från kyl- och bearbetningsutrustning. De är cancerframkallande och kan skada vattenlevande organismer genom att påverka reproduktions- och immunsystemen hos fiskar och andra organismer. 
• Tungmetaller som bly, kvicksilver, kadmium och krom, som förekommer i avloppsvatten från rengöring av utrustning och processvatten. De kan ackumuleras i vattenlevande organismer och orsaka neurologiska problem och utvecklingsstörningar hos människor.  
• Ammoniak och kväveföreningar, som förekommer i avloppsvattnet från kyl- och bearbetningsutrustning. De kan skada vattenlevande organismer genom att sänka syrehalten i vattnet.                                                                                
• Svavelföreningarna, som förekommer i avloppsvattnet från raffineringsprocesserna. De kan vara giftiga för vattenlevande organismer, orsaka död och minska tillväxttakten.                                                      
• Klorerade föreningar, såsom polyklorerade bifenyler (PCB), dioxiner och furaner, som förekommer i avloppsvattnet från kyl- och bearbetningsutrustning. Dessa föreningar är mycket giftiga och kan orsaka cancer och andra hälsoproblem hos människor och djur.

2. Avloppsreningsverkför oljeraffinaderier

Oljeraffinaderier behöver komplexa processer för att rena sina avloppsvatten. Målet är att minska föroreningshalterna till de nivåer som krävs enligt lag, eller att återanvända det renade vattnet inom själva industrin, som driftsvatten och till och med som processvatten.

En anläggning för rening av avloppsvatten från en oljeraffinaderi består vanligtvis av flera steg:

• Förbehandling: I detta steg avlägsnas fasta ämnen och större avfallsdelar från avloppsvattnet, såsom stenar, grus och större utrustningsdelar. För detta ändamål används vanligtvis silar, sandfång och sedimenteringsbassänger.                                                     
• Förbehandling: Denna fas går ut på att avlägsna suspenderade fasta ämnen och en del av det organiska materialet från avloppsvattnet. För detta ändamål används vanligtvis oljeavskiljare, system för flotation med upplöst luft (DAF) eller sedimenteringsbassänger, där de fasta ämnena flyter upp till ytan för att avskiljas som slam.
• Sekundärrening: innebär att man avlägsnar upplöst organiskt material och andra föroreningar från avloppsvattnet. För detta ändamål används vanligtvis biologiska reningsprocesser, såsom aktivslam, perkolationsfilter eller MBR-system, där mikroorganismer används för att bryta ned föroreningarna.                                                          

• Tertiär rening: I detta steg genomförs en avancerad rening av avloppsvattnet i syfte att uppnå den kvalitet som krävs för utsläpp eller för att vattnet ska kunna återanvändas. Det är här de mest sofistikerade teknikerna tillämpas, såsom filtrering på olika nivåer (mikro-/ultra-/nanofiltrering), till och med omvänd osmos, jonbytarhartser eller indunstning för de mest krävande vattentyperna.       
• Sterilisering av utsläpp: Innan det slutliga utsläppet sker genomgår avloppsvattnet vanligtvis en sterilisering, antingen med hjälp av oxidationsmedel eller genom UV-strålning.
• Slambehandling: Det slam som uppstår under de olika stegen i för- och primärreningen behandlas vanligtvis separat från avloppsvattnet. Detta slam kan förtjockas och avvattnas, varefter det genomgår en efterbehandling, såsom rötning, kompostering eller förbränning. Slam från biologisk rening behandlas vanligtvis separat (rötning, mekanisk eller termisk torkning).

FLÖDESDIAGRAM FÖR BEHANDLING AV AVLOPPSVATTEN FRÅN PETROKEMISK INDUSTRI

AVLOPPSRENINGSANLÄGGNING FÖR OLJERAFINERIER MED VATTENÅTERVINNING

Nedan visas en reningsprocess för återanvändning av avloppsvatten från en petrokemisk industri. Denna lösning gör det möjligt att minimera både förbrukningen av råvatten och miljöpåverkan.

FLÖDESDIAGRAM

Systemet är konstruerat för ett flöde på 100 m³/h, varav man avser att återvinna vatten för allmänna ändamål och industriella processer.

Flotation med upplöst luft (DAF) är avgörande för att avskilja suspenderade fasta ämnen (TSS), oljor och fetter, som utgör en risk för att vattenåtervinningssystemen med membran (UF/NF/RO) ska fungera korrekt.

Som vi ser finns det olika filtreringssteg. Valet av lämpliga membran beror på storleken och egenskaperna hos de föroreningar som finns i avloppsvattnet. Normalt rekommenderas att man inför ett mikrofiltreringssteg före ultrafiltrering och omvänd osmos, för att avskilja rester av lösta fasta ämnen som kan förorena membranen.

FÖRVÄNTADE PARAMETRAR I EN BEHANDLINGSLINJE FÖR AVLOPPSVATTEN FRÅN PETROKEMISK INDUSTRI MED VATTENÅTERVINNING

Tabellen nedan visar, som en vägledning, halterna av olika föroreningar i varje steg av reningsprocessen.

Parameter	Enhet	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Flöde	m³/h	100	98	95	95	90	5	10	105	25	130	125	10	100	15
pH	–	6,5–8	6,5–8	7–7,5	6,5–7	6,5–7	7,5	8	7–8	7–8	7–8	7–8	7–8	6–7	7
TSS	mg/l	600	450	≤50	≤100	≤40	–	200	≤50	≤10	≤5	≤1	≤1	≤0,1	≤5
Grumlighet	N.T.U.	≥500	≤300	≤50	≤100	≤20	–	40	≤30	≤5	≤2	≤0,1	≤0,1	≤0,1	≤0,5
Oljor och fetter	mg/l	450	≤100	≤10	≤5	≤2	–	≤10	≤2	≤1	≤1	≤0,1	≤0,1	≤0,1	≤0,1
COD	mg/l	≤10000	≤8000	≤5000	≤1000	≤500	20	≤500	≤500	≤10	300	≤100	≤10	≤1	≤5
NTK	mg/l	20	20	20	10	10	≤10	≤10	≤10	≤5	≤10	≤10	≤10	≤5	≤20
Conductiv.	µS/cm	3000	3000	3000	3000	3000	6000	3000	4000	1500	3000	3000	3000	≤200	≤15000
Fenoler	mg/l	60	≤50	≤30	10	10	–	50	15	≤1	≤10	≤1	≤5	≤0,1	≤10
Ca++	mg/l	90	90	90	90	90	180	90	100	50	90	90	90	≤5	≤400
Mg++	mg/l	40	40	40	40	40	80	80	50	20	40	40	40	≤2	≤200
HCO3–	mg/l	150	150	150	150	150	300	150	200	100	150	150	150	≤20	≤600
SO4-2	mg/l	300	300	300	300	300	600	300	400	200	300	300	300	≤20	≤1000
Cl–	mg/l0	500	500	500	500	500	1000	500	400	250	500	500	500	≤50	≤3000

3. ANVÄNDNING AV FLOTATIONSSYSTEM MED UPPLÖST LUFT (DAF)

Flotation med upplöst luft (DAF) är en process som ofta används i oljeraffinaderier, petrokemiska anläggningar och kemiska anläggningar för att avskilja föroreningar från avloppsvattnet.

DAF-systemen fungerar som en primär reningsenhet och uppvisar följande prestanda:

• 90–95 % av TSS avlägsnas.
• Avlägsnande av olja och fett till 95–99 %.
• Utmärkta resultat när det gäller att minska den kemiska syreförbrukningen (KSB) i fett, olja, biologiskt slam, färgat organiskt material och kolloidalt material.

Flotation med upplöst luft kan även användas för att:

• Slamförtjockning.
• Sekundär rening efter biologisk rening. I detta fall används DAF-systemet för att avlägsna eventuella rester av fasta ämnen, oljor och fetter som inte har avlägsnats under den primära och sekundära reningsfasen.

För att ett DAF-system ska fungera effektivt måste avloppsvattnet genomgå en koagulerings- och flockningsprocess innan det leds in i anläggningen för flotation med upplöst luft. Om denna föregående fysikalisk-kemiska process inte genomförs, eller om den inte är korrekt utformad, kommer DAF-enhetens prestanda att påverkas negativt.

Behandlingen av avloppsvatten från en oljeraffinaderi med hjälp av flotation med upplöst luft sker enligt följande steg:

• Förbehandling: Raffinaderiets avloppsvatten genomgår först ett förbehandlingsförlopp för att avlägsna grova fasta partiklar. Därefter silas avloppsvattnet för att ta bort eventuella kvarvarande grova partiklar. Därefter leds vattnet vanligtvis vidare till ett förbehandlingssystem av typen API eller CPI, där de flesta av de lättseparerbara kolvätena och oljorna avskiljs genom densitetsseparation.
• Kemisk förbehandling: För att förbättra DAF-systemets prestanda genomförs en koagulerings- och flockningsprocess som binder samman föroreningarna, och kemiska medel används för att optimera pH-värdet. Beroende på vilken typ av föroreningar som finns i avloppsvattnet kan olika kemikalier användas, såsom järnklorid, aluminiumsulfat eller polymerer. På detta sätt samlas oljor, fetter och material som är utspridda i vattnet, och som finns i kolloidal form eller är finfördelade.            
• DAF-processen: Därefter pumpas avloppsvattnet till ett DAF-system, där tryckluft blåses in i behållaren, vilket leder till att mikrobubblor bildas som fäster sig vid de utfällna partiklarna, vilka sedan flyter upp till ytan och bildar ett slamskikt. 
• Avlägsnande av slam: Slamskiktet på ytan av DAF-behållaren skrapas bort med hjälp av en skumavskiljningsmekanism och samlas upp i en separat slambehållare för vidare behandling. Därefter leds det renade vattnet vidare till nästa steg i reningsprocessen.

TYPER AV DAF-SYSTEM

Sigmadaf tillverkar olika modeller av DAF-system för oljeindustrin.

Modellerna FPHF och FPBC kan fungera som en enhet med hög hydraulisk belastning tack vare en mindre flytyta. De är utrustade med ett lamellpaket för att förbättra separationsprocessen. FPBC kan hantera 10 till 250 m³/h, medan FPHF arbetar i intervallet 300 till 1000 m³/h.

FPAC-modellen är en enhet utan lameller avsedd för behandling av vatten med hög halt av fasta ämnen. Den är idealisk för behandling av vatten med hög koncentration av fasta ämnen. Dessa modeller kan byggas i betongtankar om behandlingskapaciteten överskrider de gränser som kan hanteras av enheter tillverkade i rostfritt stål.

4. Slutsats

Avloppsvattnet från den petrokemiska industrin innehåller höga halter av organiskt material samt rester av kolväten, oljor och fetter. Den ökande tendensen att återanvända vatten i raffinaderierna gör det nödvändigt att utforma effektiva och tillförlitliga avloppsreningsverk.

En betydande del av dessa föroreningar förekommer i kolloidal form (TSS), vilket kräver en kemisk förbehandling genom koagulering/flockning, med tillhörande pH-justering. DAF-systemet, och i synnerhet den utrustning som SIGMADAF tillhandahåller, är särskilt utformad för att underlätta separering och borttransport av dessa ämnen, med en effektivitet som minimerar risken för läckage.