تصفیه آب در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی
اهمیت نفت و گاز طبیعی در زندگی مدرن امروز بر هیچ‌کس پوشیده نیست. بااین‌حال فرآیندهای مربوط به نفت و گاز مانند بسیاری از فرآیندهای تولیدی دیگر، حجم زیادی از آلودگی‌های مایع ایجاد می‌کنند. فاضلاب و آب تولیدشده (Produced Water) میادین نفتی حاوی ترکیبات آلی و غیر آلی متنوعی است و دفع آن می‌تواند موجب آلودگی آب‌های سطحی و زیرزمینی و همچنین خاک شود. بر همین اساس کشورهای مختلف استانداردهای متفاوتی را برای کیفیت آب تولیدشده‌ای که قرار است دفع شود، در نظر می‌گیرند. از سوی دیگر و به دلیل حجم بالای آب تولیدشده، بسیاری از کشورهای نفت‌خیزی که از مشکل کمبود آب نیز رنج می‌برند به دنبال یافتن راهی مؤثر و مقرون‌به‌صرفه برای تصفیه آب تولیدشده و حذف آلودگی‌های آن هستند تا کمبود منابع آب خود را جبران کنند. بازیابی و استفاده مجدد از آب تولیدشده برای مصارفی نظیر تزریق زیرزمینی جهت ازدیاد برداشت، استفاده در آبیاری، تأمین آب موردنیاز زیست‌بوم‌های حیات‌وحش و بسیاری مصارف صنعتی دیگر نظیر کنترل گردوخاک، شست‌وشوی ماشین‌آلات، استفاده در نیروگاه‌ها و مهار آتش به کار می‌رود.
آب شور و همراه با نفت تولیدشده در صنایع نفت و گاز می‌تواند با روش‌های متنوع فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی تصفیه شود. در حفاری دریایی برای استخراج نفت به دلیل محدودیت فضا، فناوری‌های فشرده فیزیکی و شیمیایی تصفیه آب ترجیح داده می‌شوند. بااین‌وجود هزینه اولیه تأمین تجهیزات تصفیه فیزیکی و همچنین هزینه لازم برای تأمین مداوم مواد شیمیایی موردنیاز در تصفیه آب، استفاده از این دو روش را در سال‌های اخیر محدود کرده و موجب شده تا شرکت‌های نفتی به تصفیه بیولوژیکی روی‌آورند. تصفیه بیولوژیکی یک روش کارآمد و مقرون‌به‌صرفه برای حذف ترکیبات محلول و معلق موجود در آب تولیدشده در استخراج نفت از میادین نفتی درون خشکی محسوب می‌شود.
منشأ آب تولیدشده
سیالات مختلف زیرزمینی مانند نفت، گاز و آب شور در سنگ‌های طبیعی موجود در ساختارهای زیرسطحی نفوذ پیدا می‌کنند. ترکیبات هیدروکربنی پیش از به دام افتادن در سنگ‌ها با آب شور اشباع می‌شوند. سپس ترکیبات هیدروکربنی با چگالی کمتر به نواحی به دام افتادن مهاجرت کرده و با بخشی از آب شور ناشی موجود در ساختارها جایگزین می‌شوند. سنگ‌های مخزن درنهایت آب شور و هیدروکربن‌ها (نفت و گاز) را جذب می‌کنند. سه منبع برای آب شور وجود دارد:
- جریانی از بالا یا پایین ناحیه هیدروکربن
- جریانی از میان ناحیه هیدروکربن
- جریانی از سیالات و افزودنی‌های تزریق‌شده که حاصل فعالیت‌های استخراج است.
دسته آخر پس از رسیدن آب شور مخلوط با هیدروکربن‌ها به سطح زمین، به آب تولیدشده تبدیل می‌شود.
در استخراج نفت و گاز، آب اضافی برای تقویت فشار و دست‌یابی به برداشت بیشتر به مخازن تزریق می‌شود. هم آب تشکیل‌شده و هم آب تزریق‌شده همراه با مخلوط هیدروکربن‌ها تولید می‌شوند و در سطح زمین فرآیندهایی برای جداسازی هیدروکربن‌ها از سیالات تولیدشده یا آب تولیدشده، استفاده می‌شود.
تولید آب تولیدشده در مقیاس جهانی چیزی در حدود ۲۵۰ میلیون بشکه در روز با در نظر گرفتن تولید ۸۰ میلیون بشکه نفت در روز تخمین زده می‌شود.
مشخصات آب تولیدشده
آب تولیدشده ترکیبی از مواد آلی و غیر آلی همراه با آب است و برخی عوامل نظیر موقعیت جغرافیایی میدان، طول عمر مخازن آن و نوع هیدروکربن تولیدشده بر خواص فیزیکی و شیمیایی آن اثرگذارند. ترکیبات اصلی موجود در آب تولیدشده عبارت‌اند از:
- ترکیبات نفتی محلول یا پراکنده
- مواد معدنی محلول
- ترکیبات شیمیایی استفاده‌شده در عملیات استخراج
- جامدات استفاده‌شده در عملیات استخراج (شامل جامدات ساختاری، ترکیبات خورنده و رسوب‌ده، باکتری‌ها، چربی‌ها و ...)
- گازهای محلول
مدیریت آب تولیدشده در صنایع نفت و گاز
آب تولیدشده همواره به‌عنوان دورریز یک میدان نفتی شناخته می‌شود و مدیریت آن خواه‌ناخواه هزینه‌بر است. برای مدیریت آب تولیدشده سه راهکار وجود دارد:
- استفاده از فناوری‌های مختلف جهت کاهش تولید آب تولیدشده
- بازیابی و استفاده مجدد
- در صورت عدم امکان اجرای دو مورد قبل، دفع آب تولیدشده
برخی گزینه‌های در دسترس برای مدیریت آب تولیدشده در صنایع نفت و گاز در زیر آمده است:
- تزریق: تزریق آب تولیدشده به ساختاری مشابه با ساختاری که از آن نفت تولید شده یا تبدیل آن به ساختاری دیگر.
- دفع: تصفیه آب تولیدشده بر اساس استانداردهای زیست‌محیطی لازم برای دفع آب در دریا و یا خشکی و سپس دفع آن.
- استفاده مجدد در صنایع نفت و گاز: تصفیه آب تولیدشده بر اساس استانداردهای لازم برای کیفیت آب مورداستفاده در صنایع نفت و گاز و استفاده از آن در این حوزه.
- مصرف در موارد مفید دیگر: تصفیه آب تولیدشده و دست‌یابی به کیفیت آب لازم برای استفاده در مواردی نظیر آبیاری مراتع، استفاده احشام و حیوانات و همچنین آب شرب.
تصفیه آب تولیدشده در صنایع نفت و گاز یک راه مؤثر بوده و قابلیت تبدیل این آب را از یک آلودگی به یک محصول باارزش، داراست. اهداف کلی در تصفیه آب تولیدشده صنایع نفت و گاز عبارت‌اند از:
- نفت زدایی
- حذف ترکیبات آلی محلول
- گندزدایی
- حذف ذرات معلق و شن
- حذف گازهای محلول مانند هیدروکربن‌های سبک، کربن دی‌اکسید و هیدروژن سولفید
- شیرین سازی و حذف نمک‌های محلول
- سختی زدایی
روش‌های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی هرکدام به‌تنهایی و یا در کنار هم می‌توانند بخشی از اهداف بالا در تصفیه آب تولیدشده در صنایع نفت و گاز را برآورده کنند.
تصفیه فیزیکی آب تولیدشده
تصفیه فیزیکی آب تولیدشده در صنایع نفت و گاز می‌تواند شامل موارد زیر باشد:
- جذب سطحی ترکیبات آلی محلول بر کربن اکتیو، کوپلیمرها، زئولیت و رزین‌ها
- استفاده از فیلترهای شنی
- تبخیر
- ترسیب هوای محلول (DAP)
- الکترودیالیز (ED)
تصفیه شیمیایی آب تولیدشده
تصفیه شیمیایی آب تولیدشده در صنایع نفت و گاز می‌تواند شامل موارد زیر باشد:
- ترسیب شیمیایی
- اکسیداسیون شیمیایی
- فرآیند الکتروشیمیایی
- تصفیه فتوکاتالیزی
- فرآیند فنتون
- تصفیه با ازون
تصفیه بیولوژیکی آب تولیدشده
آب تولیدشده در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی همچنین می‌تواند توسط باکتری‌های هوازی و بی‌هوازی نیز تصفیه شود. در تصفیه به کمک باکتری‌های هوازی از لجن فعال، فیلترهای چکه‌ای، رآکتورهای ناپیوسته ترتیبی (SBR) و استخرهای تثبیت استفاده می‌شود.
تصفیه غشایی آب تولیدشده
امروزه و در حوزه تصفیه آب صنایع نفتی و گازی، استفاده از غشا نیز بسیار متداول است و می‌توان به استفاده از غشاهای اولترافیلتراسیون (UF)، نانو فیلتراسیون (NF)، اسمز معکوس (RO) و اسمز مستقیم (FO) اشاره کرد. سیستم‌های آب شیرین کن غشایی می‌توانند برای تصفیه آب‌های با شوری زیاد و محتوی ترکیبات نفتی زیاد، جایگزین سایر روش‌های تصفیه آب شوند و ذراتی با اندازه کوچک‌تر را به‌صورت مؤثر و مقرون‌به‌صرفه از آب جدا کنند.
راهکار
محصولات تصفیه آب بهتا می‌توانند راه‌حل‌های بهینه‌ای برای مشکلات صنایع بالادستی نفت ارائه کنند. برخی از این مشکلات عبارت‌اند از:
- بازیابی بهینه نفت
- تصفیه آب تولیدشده برای استفاده مجدد
- تصفیه آب تولیدشده برای تزریق
بهتا برای مشکلات تصفیه آب در صنایع پایین‌دستی نفت و گاز نظیر پتروشیمی‌ها و پالایشگاه‌ها نیز راهکارهایی مؤثر دارد. برخی از این مشکلات عبارت‌اند از:
- جداسازی آب و نفت
- جداسازی جامد-مایع
- بازیابی و استفاده مجدد از فاضلاب
مدیریت آب در صنعت نفت و گاز چه در صنایع بالادستی و چه در صنایع پایین‌دستی هزینه‌هایی دارد که برای اجرای یک پروژه باید در نظر گرفته شود. بهتا آمادگی دارد تا با ارائه راهکارها، محصولات و خدمات مختلف این هزینه را کاهش داده و تمام استانداردهای زیست‌محیطی لازم برای دفع و یا استفاده مجدد از آب را رعایت کند.
بهتا با افتخار اعلام می‌دارد که اولین شرکت ایرانی است که توانسته فناوری اسمز مستقیم (FO) را به‌صورت صنعتی در تصفیه آب به کار گیرد. فناوری‌های استفاده‌شده در محصولات بهتا برای تصفیه آب صنایع نفت و گاز عبارت‌اند از:
- نانوفیلتراسیون و اولترافیلتراسیون (NF و UF)
- جذب سطحی
- اسمز معکوس و اسمز مستقیم (RO و FO)
- گندزدایی با اشعه فرابنفش (UV)
