Hydrogen peroxide dosage application as supportive chemical treatment process for sulphide removal in refinery wastewater treatment plants
Rafineri atık su arıtma ünitelerinde sülfür gideriminde destekleyici kimyasal arıtma olarak hidrojen peroksit dozaj uygulaması
- Tez No: 737083
- Danışmanlar: PROF. DR. TUĞBA ÖLMEZ HANCI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Çevre Bilimleri, Mühendisliği ve Yönetimi Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 77
Özet
Rafineriler ham petrolün çeşitli prosesler ile işlemden geçirilerek satılabilir ve değerli enerji ürünleri üreten karmaşık üretim tesisleridir. Toplumun akaryakıt ve çeşitli enerji ihtiyaçları petrol rafineri ürünleri ile karşılanmaktadır. Enerji ihtiyacının sürekli olarak karşılanmasını sağlamak amacıyla rafinaj sektörü sürekli olarak işler halde olmak durumundadır. Proseslerin çeşitli alanlarında farklı karakterizasyonda su kullanılmaktadır ve atık su üretilmektedir. Su kaynakları olarak doğal kaynak suyu ya da geri kazanılmış su kullanılmaktadır. Kullanılan suyun kaynağı, ihtiyaç duyulan su kalitesine göre belirlenmektedir. Suyun kullanımından önce çeşitli prosesler uygulanarak su kalitesi sağlanmaktadır. Karmaşık üretim yapıları ve ham petrolün cinsine bağlı olarak atık su karakterizasyonu değişmektedir. Sürdürülebilirliğin sağlanması, çevresel etkilerin en aza indirilmesi ve deşarj parametrelerinin karşılanması amacıyla atık su arıtma tesisleri önem kazanmaktadır. Atık su arıtma üniteleri ana kirlilik parametrelerinden biri olan sülfürün giderimi de bu kapsamda önem kazanmıştır. Sülfür, atık su arıtma üniteleri kimyasal ve biyolojik arıtma sistemleri ile atık sudan uzaklaştırılmaktadır. Sülfür parametresi özelinde, yüksek giderim verimi ihtiyacının olması nedeniyle destekleyici kimyasal arıtım prosesi önem kazanmaktadır. Araştırmanın amacı, sülfür giderim verimini arttırmak amacıyla destekleyici kimyasal arıtma prosesi olarak hidrojen peroksit dozajı uygulanmasının verimini incelemektir. Sülfür parametresinin seçilmesinin nedeni sülfürün atık sudaki konsantrasyonun işlenen ham petrolün kalitesine ve üretim ünitelerinde yaşanan bozulmalara bağlı olarak değişkenlik göstermesidir. Giderim veriminin stabil devam etmesi ve yüksek giderim veriminin sağlanabilmesi için kimyasal proses aşamasında oksidasyon prosesi ile giderilmesini destekleyici yüksek oksidativ bir kimyasal olan hidrojen peroksit dozajı uygulanmıştır. Araştırma süresince hidrojen peroksit dozajının laboratuvar koşullarında giderim verimi, kimyasalın çevresel etkileri, optimum dozaj belirlemenin önemi incelenmiştir. Laboratuvar koşullarında hidrojen peroksit dozajı 15, 25 ve 50 mg/L olarak uygulanmış olup sırasıyla %50, %57 ve %72 giderim verimi elde edilmiştir. Hidrojen peroksit dozajı talimatının, 1 – 10 mg/L sülfür girişi için 15 mg/L, 10 – 20 mg/L sülfür girişi için 25 mg/L ve 20 mg/L ve üzeri sülfür girişi için 50 mg/L olarak uygulanmasına karar verilmiştir. Kimyasal maliyet ve analizör yatırım maliyet analiz çalışmaları ile sonuçlar desteklenmiştir. H2O2 ile sülfür gideriminin laboratuvar ölçekli ve saha uygulaması arasındaki etkinlik farkı değerlendirilmiştir. Araştırma dört farklı senaryoda gerçekleştirilmiştir. Birinci senaryoda, hidrojen peroksit dozajının uygulanmadığı yalnızca biyolojik arıtım ile sülfür giderimi; ikinci senaryoda, hidrojen peroksit dozajının giriş sülfür parameter değerinden bağımsız olarak en yüksek kapasite ile uygulandığı durumda sülfür giderimi; üçüncü senaryoda sülfür giriş değerlerine bağlı olarak hidrojen peroksit dozajının her şarj tankı değişimine bağlı olarak optimize edildiği koşullarda giderim verimi ve dördüncü senaryoda da üçüncü senaryodan farklı olarak günde yalnızca bir şarj tankı karakterizasyonuna bağlı olarak hidrojen peroksit dozajının belirlendiği koşullardaki giderim verimi incelenmiştir. Sülfür giderim verimleri hesaplanırken çıkış sülfür analizi 24 ve 8 saatlik kompozit numunelerle gerçekleştirilmiştir. Atık su arıtma ünitelerinde şarj tankları yağ, askıda katı madde ve su fazını ayırmak amacıyla dengeleme tankı olarak kullanılmaktadır. Iki farklı şarj tankından birine atık su girişi olurken diğerinden atık su çıkışı gerçekleştirilerek atık su arıtma ünitesine şarj olarak verilmektedir. Giriş sülfür analizleri, her şarj tankı homojen kabul edilerek gerçekleştirilmiştir. Deşarj parametrelerinin sağlanması amacıyla arıtma veriminin hesaplandığı nokta sonrasında da ilave arıtım uygulanmaktadır. Ilk senaryoda sülfür giderimini destekleyici bir kimyasal dozajı uygulanmadan sülfür giderimi analiz edilmiş olup %78 arıtma verimi hesaplanmıştır. Ikinci senaryoda atık su arıtma ünitesi DAF sistemi girişine hidrojen peroksit dozajı uygulanmaya başlanmıştır. Dozaj için herhangi bir miktar belirlenmemiş olup 24 L/h pompa kapasitesi ile sürekli ve en yüksek kapasitede dozaj uygulanmıştır. Ikinci senaryoda hidrojen peroksit dozajı 32 – 75 mg/L aralığında uygulanmış olup giderim verimi %80 olarak sağlanmıştır. Giderim verimleri incelendiğinde, hidrojen peroksit dozajının 50 mg/L ve üzeri uygulanması durumunda sülfür gideriminde -%4 olumsuz etkisi olduğu tespit edilmiştir. Hidrojen peroksit kimyasalının 50 mg/L üzerinde uygulanmasının atık su arıtma ünitesi aerobic bakterileri üzerinde inhibe edici etkisi olduğundan 50 mg/L dozaj limiti belirlenmiştir. Üçüncü senaryoda sülfür giderim verimini arttırmak ve kimyasal tüketimini optimize etmek amacıyla atık su arıtma ünitesine gelen atık suyun sülfür konsantrasyonu analiz edilmiş ve analizler doğrultusunda dozaj miktarı belirlenmiştir. Atık su arıtma ünitesinde her şarj tankı değişiminde şarj karakteristiğinin değiştiği öngörülmüştür. Şarj tankı değişimleri vardiyada bir kez olmak üzere günde üç kez gerçekleşmektedir. Bu durumda günde üç farklı atık su karakterizasyonu işlenmektedir ve üç farklı dozaj miktarı belirlenmelidir. Her şarj tankı özelinde gerçekleştirilen giriş sülfür analizleri doğrultusunda kontrollü olarak uygulanan hidrojen peroksit dozajı giderim verimi %90 olarak sağlanmıştır. Dördüncü senaryoda üçüncü senaryodan yola çıkarak 'ya olmasaydı' senaryosu analiz edilmiştir. Her şarj tankı değişiminden ziyade günde bir kez sülfür analizi yapılması ve bu analize bağlı olarak günde bir kez hidrojen peroksit dozajının ayarlanması sürecinde sülfür giderim verimi incelenmiştir. Sülfür giderim verimi %86 olarak sağlanmıştır. Senaryo sonuçlarından yola çıkarak, sülfür giderim veriminin arttırılması için giriş sülfür konsantrasyonun analiz edilmesi ve analizler doğrultusunda hidrojen peroksit dozajının ayarlanmasının önemi anlaşılmıştır. Yapılan çalışmalar sonucunda hidrojen peroksit dozajlarının sülfür giderim verimine aktif çamur havuzlarının da dahil edildiği şekilde etkisi hesaplanmıştır. 15 mg/L hidrojen peroksit dozajı ileve %3, 25 mg/L hidrojen peroksit dozajı ilave %15 ve 50 mg/L hidrojen peroksit dozajı %18 giderim veriminin artmasına etki etmektedir. 50 mg/L üzeri dozajların uygulanması durumunda sülfür giderim verimi negatif yönde %4 etkilenmektedir. Senaryo bir süresince herhangi bir hidrojen peroksit tüketimi gerçekleşmemiştir. Senaryo ikide süresince giriş sülfür değerlerinden bağımsız olarak en yüksek kapasitede hidrojen peroksit tüketilmiştir. Senaryo üç ve senaryo dörtte talimata bağlı kalarak hidrojen peroksit tüketimi gerçekleşmiştir. Tüketimler talimata göre gerçekleştirildiği için ortalama tüketimin giriş sülfür değerlerine göre sabit olacağı öngörülmüştür. Senaryo ikide aylık 20563 kg hidrojen peroksit tüketimi ve senaryo üç ve dörtte 10891 kg hidrojen peroksit tüketimi öngörülmüştür. Hidrojen peroksit tüketiminin optimize edilmesi hem tüketim miktarının azaltılması hem de kimyasalın çevresel etkilerinin azaltılması konusunda önem teşkil etmektedir. Hidrojen peroksit tüketiminin maliyeti hesaplanırken literatür bilgisi olarak ortalama 445$/ton maliyet baz alınmıştır. Hidrojen peroksit dozajının uygulanmadığı durumda herhangi bir maliyet öngörülmezken kontrolüz dozaj uygulamasında 9150$/ay ve senaryo üç ve dörtte yer alan talimatlar doğrultusunda dozaj yapılması durumda 1846$/ay maliyet öngörülmüştür. Sülfür analizleri laboratuvarda iodimetrik metod ile gerçekleştirilmektedir ve her bir analiz için 2 kişi-saat gerekmektedir. Sürekli analiz ihtiyacı olan üretim işletmelerinde personel ücretleri ile analizör tahsis edilmesi durumundaki maliyet çalışması gerçekleştirilmiştir. Araştırma yapılan ünite bazında günde üç kez giriş sülfür analizi ihtiyacı olmaktadır. Giriş sülfür analizleri için günde 6 kişi-saat gerekmektedir ve personel ücreti 10$/kişi/saat olarak baz alındığında aylık 180$ personel ücreti hesaplanmıştır. Sülfür analizörünün 30000$'lık yatırım maliyeti yaklaşık onyedi ay içerisinde karşılanmış olacaktır. Çevresel etkilerin en aza indirilmesi, sülfür giderim veriminin sürdürülebilir ve yüksek seviyelerde tutulması için giriş sülfür değerlerinin kontrol edilerek hidrojen peroksit dozajının uygulanması önem teşkil etmektedir.
Özet (Çeviri)
Refineries are known as high water consumed operation facilities. Water consumed processes produced high amount of and highly polluted wastewater. Big portion of wastewater is discharged to receiving water body where regulations must be met. According to regulations, treatment efficiencies of wastewater treatment plants must be provided sustainable. During this research, the focused pollutant parameter is selected as sulphide because inflow sulphide concentration is not stable. Sulphide concentration of wastewater is directly depended on crude oil characteristics and performances of process units. In any case where crude oil and process units discharge high concentration of sulphide containing wastewater, the treatment efficiency should be provided higher. Supportive chemical treatment is applied with hydrogen peroxide due to high oxidative capacity and operational easiness. Hydrogen peroxide also removes colour, chemical oxygen demand (COD) and it can also increase oxidation capacity of biological treatment process. In the present study, to make clear effect of hydrogen peroxide dosage application on sulphide removal efficiency, pollution load, chemical treatment efficiency, biological treatment conditions and health of microorganisms are remained at optimum conditions. During the research, hydrogen peroxide dosage determination, chemical consumption cost, sulphide removal efficiencies and environmental impact of hydrogen peroxide is evaluated. Effects of hydrogen peroxide is examined under four different scenarios which are, no hydrogen peroxide dosage application, uncontrolled hydrogen peroxide dosage application, every charge tank change period-controlled hydrogen peroxide dosage application, and the what if scenario where once a day-controlled hydrogen peroxide dosage application. During the first case, hydrogen peroxide is not applied to wastewater treatment system and sulphide removal is provided as 78% through aerobic biological process. Sulphide removal is provided through aerobic biological process. First case is examined only for aerobic biological sulphide removal. Before hydrogen peroxide application field tests are applied, sulphide removal with hydrogen peroxide analyses is applied at laboratory conditions. Hydrogen peroxide is applied with 15 mg/L, 25 mg/L, and 50 mg/L. The removal efficiencies are 50%, 57% and 72% respectively. For the second case, hydrogen peroxide is applied with the highest pump capacity of 24 L/h and hydrogen peroxide dosage is provided as 32 – 75 mg/L. Even though the sulphide removal efficiency is provided as 80% for this case, after detail examinations of data, results show that higher than 50 mg/L hydrogen peroxide dosage creates a negative impact on sulphide removal through aerobic biological process and decreases the removal efficiencies with 4%. This situation is caused by microorganism inhibition and maximum 50 mg/L hydrogen peroxide dosage is determined as optimum. During the third case, inflow sulphide concentration is analysed for every charge tank period where wastewater treatment plants charge is homogeneously coming from. Hydrogen peroxide dosage is applied according to sulphide analyses. Overall sulphide removal efficiency is provided as 90%. During the fourth case, regardless of third case, inflow sulphide concentration is analysed once a day and hydrogen peroxide dosage is adjusted according to one analyse. The removal efficiency is provided as 86%. The highest removal efficiency is provided during case three. Considering removal efficiencies and chemical consumption, dosage adjustment becomes more important. Uncontrolled chemical dosage can cause adverse effect on treatment efficiency. During controlled dosing application scenarios, chemical consumption is considered the same due to dosages hold the same. Hydrogen peroxide cost is estimated $445/ton. When maximum chemical dosage is applied 20,563 kg H2O2/month consumed and $9,150/month is spent. when controlled chemical dosage is applied 1,089 kg H2O2/month and $1,846/month is spent. Higher chemical costs and a lower treatment efficiency are risks of applying uncontrolled hydrogen peroxide dosage. It is critical to analyse input sulphide concentration and regulate the hydrogen peroxide dosage to avoid treatment efficiency fluctuations and to deliver higher and more constant treatment efficiency. Dosage determination improves the treatment process while lowering chemical costs and minimizing environmental effect. It is critical to invest in a sulphide analyser, which should be situated at the wastewater treatment plant's entrance, in order to provide more effective control. hydrogen peroxide concentration can be automatically modified if input sulphide concentrations are monitored with an online analyser. In addition, a single sulphide analysis in the laboratory takes two hours. Every tank change period sulphide analysis saves six man-hours through online analyser. In addition to reducing laboratory man-hours, field dosage modification will be simplified. The cost of a sulphide analyser is around $30,000.00. If a man-hour costs $10 per person per hour and a monthly sulphide analysis for case three takes 180 man-hours, the analyser will pay for itself in seventeen months. Results show that continuous analysis of inflow sulphide concentrations, improves dosage decision-making and provides the highest removal efficiency with controlled chemical consumption. In order to minimize the environmental effects and to keep the sulphide removal efficiency at sustainable and high levels, it is important to analyse the input sulphide concentration and determine the hydrogen peroxide dosage.
Benzer Tezler
- Büyükçekmece su kaynağının ozonlama sonucu bromat oluşturma potansiyelinin araştırılması
A Study on bromate formation potential during ozonation of Büyükçekmece water
ELİF SOYER
Yüksek Lisans
Türkçe
2003
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN Z. SARIKAYA
- Fotokimyasal oksidasyon yöntemiyle organik kirliliklerin giderilmesi ve bu yöntemin küçük yerleşim bölgelerinden kaynaklanan atıksulara uygulanması
Removal of organics using photochemical oxidation process and application of this process on small community waste water
TANER YONAR
Doktora
Türkçe
2005
Çevre MühendisliğiUludağ ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. KADİR KESTİOĞLU
- Sulardan selenyum ve doğal organik maddenin çeşitli doğal ve endüstriyel atık malzemeler kullanılarak giderilmesi
Removal of selenium and natural organic matter from waters using various natural particles and industrial waste materials
SEDA TÖZÜM AKGÜL
Doktora
Türkçe
2015
Çevre MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NEVZAT ÖZGÜ YİĞİT
- Tekstil atıksularında fenton prosesi ile renk ve koi giderimi
Color and cod removal with fenton process in textile wastewaters
EBRU YAVUZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2004
Çevre MühendisliğiUludağ ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Y.DOÇ.DR. FEZA KARAER
- Sulardaki halometan öncülerinin hidrojen peroksit/demir oksit partikulleri ile kontrol edilmesi
Control of trihalomethane precursors in water by hydrogen peroxide/ ferric oxide particles
AHMET KILIÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2001
Çevre MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiÇevre Bilimleri Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. AYŞEGÜL LATİFOĞLU