مدل سازی هیبریدی مدیریت اسلج برنت با تحلیل حساسیت و مقایسه رویکردهای ارزیابی چرخه حیات در سیماپرو

نفت خام برنت یکی از مهم ترین منابع انرژی در سطح جهانی است که نقش حیاتی در فرایندهای پالایشگاهی و پتروشیمی ایفا می کند. با این حال، در طول مراحل استخراج، انتقال و پالایش نفت خام، حجم قابل توجهی از اسلج نفتی تولید می شود. اسلج نفتی، ترکیبی ناهمگن از هیدروکربن های سنگین، فلزات سنگین (مانند نیکل، وانادیوم و سرب)، ترکیبات آروماتیک چندحلقه ای، ترکیبات گوگردی، نیتروژنی و اکسیژنه است که علاوه بر کاهش کارایی فرایندهای پالایشگاهی، تهدیدی جدی برای محیط زیست به شمار می رود .به دلیل پایداری بالا و حلالیت محدود برخی از این ترکیبات، نفوذ آن ها به خاک و منابع آب، منجر به آلودگی های پایدار و بلندمدت می شود. برخی از اجزای موجود در اسلج نفتی، مانند بنزو(a)پیرن و فلورانتن، دارای خواص سرطان زا و جهش زا هستند و تهدیدات جدی برای سلامت انسان و اکوسیستم های طبیعی ایجاد می کنند.

به منظور مدیریت این پسماندهای خطرناک، روش های مختلفی مانند زباله سوزی، دفن در محل دفن پسماند (لندفیل) و بازیافت با استفاده از حلال های صنعتی توسعه یافته اند. با این حال، این روش ها به تنهایی قادر به پاسخ گویی کامل به الزامات زیست محیطی، اقتصادی و اجتماعی نیستند. برای مثال، زباله سوزی با وجود اثربخشی در کاهش حجم پسماند و بازیابی انرژی، منجر به انتشار آلاینده هایی نظیر دی اکسین ها و اکسیدهای نیتروژن می شود که تاثیر منفی بر کیفیت محیط زیست و سلامت عمومی دارند. دفن در لندفیل نیز گرچه ساده و کم هزینه است، اما نشت شیرابه به منابع آب زیرزمینی و انتشار گاز متان یکی از مهم ترین گازهای گلخانه ای از معایب جدی آن به شمار می آید. در مقابل، روش بازیافت با حلال های صنعتی امکان استخراج و بازیابی هیدروکربن های ارزشمند از اسلج نفتی را فراهم کرده و اثرات منفی زیست محیطی کمتری دارد، اما کارایی آن وابسته به نوع حلال، شرایط عملیاتی و مدیریت باقی مانده های فرآیند است.در سال های اخیر، استفاده از مدل های ترکیبی (هیبریدی) برای مدیریت اسلج، به عنوان رویکردی نوین در جهت افزایش بهره وری و کاهش اثرات منفی مطرح شده است. این مدل ها با ترکیب مزایای چند روش مختلف، امکان طراحی یک سیستم پایدارتر و کارآمدتر را فراهم می سازند. ارزیابی عملکرد زیست محیطی این مدل ها از طریق ابزارهای تحلیل جامع مانند ارزیابی چرخه عمر (تحلیل پیامدهای زیست محیطی در تمام مراحل حیات محصول، از استخراج ماده اولیه تا دفع نهایی) انجام می گیرد.

در این پژوهش، چهار سناریو برای مدیریت اسلج نفت خام برنت با استفاده از نرم افزار تخصصی سیماپرو مدل سازی شده اند: زباله سوزی، دفن در لندفیل، بازیافت با حلال های صنعتی و یک مدل هیبریدی شامل ترکیب این سه روش. تحلیل داده ها نشان داد که رویکردهای نوین بازیابی انرژی مانند استخراج با حلال، در مقایسه با روش های سنتی، سهم بسیار کمتری در انتشار اثرات زیست محیطی دارند و در شاخص هایی مانند پتانسیل گرمایش جهانی و سمیت انسانی، عملکرد بهتری نشان می دهند. ارزیابی های انجام شده با استفاده از متدولوژی های تحلیلی شناخته شده، از جمله مدل های مبنا و نقطه پایانی، این یافته ها را تایید می کنند.

مواد و روش ها:

ارزیابی چرخه حیات روش استانداردی است که مطابق با استاندارد های ISO در سال ۱۹۹۸ ایجاد شد بر اساس استاندارد ISO ارزیابی چرخه حیات از چهار گام تشکیل شده است. گام اول تعریف هدف و دامنه است که در این مرحله همه مشخصات مطالعه از جمله هدف از مطالعه، تعریف دامنه و مرز های سیستم ، داده های کیفی و روند بررسی تعریف میشود. گام دوم فهرست نویسی چرخه حیات است که شامل جمع آوری اطلاعات، مدل سازی تولید محصول و تلفیق و تعیین داده های خروجی و ورودی در همه فرایند می باشد. به این ترتیب برای انجام ارزیابی چرخه حیات پسماند های شهری، به تعریف و اجرای سناریو های مختلف نیاز است.گام سوم تجزیه و تحلیل اثر های چرخه حیات می باشد که بر اساس داده های فهرست موجود انجام می شود. گام چهارم تفسیر نتایج،مهمترین مرحله ارزیابی چرخه حیات می باشد. در این مرحله نحوه مدیریت و کاهش اثرهای منفی محیط زیستی ، اقتصادی و اجتماعی هر یک از مرحله های چرخه حیات مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد.

منطقه مورد مطالعه و نمونه گیری لجن

لجن صنعتی مورد مطالعه در این پژوهش از تصفیه خانه ی فاضلاب یکی از پالایشگاه های تولید روغن استخراج شده است. در فرایند تصفیه ی پساب این پالایشگاه، پساب ورودی ابتدا از واحد محفظه ی گردابه و آشغال گیر مکانیکی عبور کرده و وارد حوضچه ی API می شود. در این حوضچه، چربی ها و روغن های سبک از پساب جدا می شوند. حرکت رفت وبرگشتی پارویی که به آرامی توسط الکتروموتور در استخر به جریان در می آید، چربی های شناور را به سمت انتهای استخر هدایت کرده و آن ها را به ناودانی متصل به لوله ی بخار منتقل می کند.پساب بدون چربی، روغن و رسوبات پس از گذر از این مرحله، وارد استخر متعادل ساز می شود. هدف از این مرحله، ایجاد محلولی یکنواخت و همگن برای ارسال به مراحل بعدی تصفیه است. در ادامه، مواد شیمیایی نظیر پلی الکترولیت و پلی آلومینیوم کلراید به آب اضافه می شوند تا خاصیت چسبندگی و انعقاد میان ذرات معلق ایجاد شود. سپس آب به سیستم شناورسازی با هوای محلول (DAF) منتقل شده و ذرات معلق جدا می گردند.مرحله ی بعدی، استخر بیولوژیکی است که هدف آن حذف مواد معلق غیرقابل ته نشینی و تثبیت ترکیبات آلی است. در این استخر، با استفاده از کشت باکتریایی و فرایند هوادهی، باکتری ها تغذیه می شوند. پس از رسیدن به سطح کافی هوادهی، دمنده ها خاموش شده و آب راکد می گردد تا باکتری ها به ته استخر ته نشین شوند. آب زلال شده به سمت راکتورهای ممبرینی هدایت شده و لجن ته نشین شده به سالن آب گیری از لجن انتقال می یابد.در این مرحله، لجن با پلی الکترولیت مخلوط شده تا چسبندگی لازم را پیدا کند و سپس وارد دستگاه آب گیری مکانیکی (پرس فیلتر) می شود. نمونه ی نهایی لجن، پس از آب گیری، در جعبه ای در دمای زیر ۴ درجه ی سلسیوس در یخچال نگهداری شد