Badanie efektywności metod usuwania substancji ropopochodnych i osadów z wód w procesach ich oczyszczania

• Autorzy: Kluk Dorota , Steliga Teresa , Jakubowicz Piotr

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2022.02.05

Warianty tytułu

EN

Research on the effectiveness of methods of removing petroleum substances and sediments from water in their purification processes

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule zaprezentowano zagadnienia związane z oczyszczaniem wód złożowych z substancji ropopochodnych i osadów. W prowadzonych badaniach szczególny nacisk położono na techniki koagulacji i flokulacji oraz stosowanie materiałów obciążeniowych w procesie oczyszczania wód. Materiałem badawczym były cztery rodzaje wód złożowych, które pobrano z separatorów odwiertów eksploatujących złoża gazu ziemnego. Wody te charakteryzowały się dużą rozpiętością zawartości substancji nierozpuszczonych (5–271 mg/dm3 ) i ropopochodnych (65,2–1368,5 mg/dm3 ), a także zróżnicowanym stopniem mineralizacji. Zawartość substancji rozpuszczonych oznaczono w granicach od 247 mg/dm3 do 119 839 mg/dm3 . Podczas laboratoryjnego procesu oczyszczania wód szczególną uwagę zwrócono na koagulację i flokulację zanieczyszczeń w nich zawartych. W tym celu spośród dostępnych na rynku koagulantów wytypowano i przetestowano koagulanty glinowe: Kemira PAX XL 10, Kemira PAX XL 19F oraz Flokor 1 ASW, natomiast flokulantem był Stabpol. Dla każdego koagulantu wykonano serię badań pozwalającą na ustalenie jego optymalnej dawki. Proces oczyszczania wód zawierających substancje ropopochodne i osady prowadzono również z zastosowaniem substancji balastującej, którą był preparat bentonitowy DuoBent 1. Oceny efektywności procesu oczyszczania wód dokonywano na podstawie porównania wyników pomiarów mętności, wskaźnika ChZT(Cr) oraz zawartości żelaza ogólnego w wodach zanieczyszczonych oraz po poszczególnych etapach ich oczyszczania. Przeprowadzone próby oczyszczania wód zawierających różnego rodzaju osady i substancje ropopochodne podsumowano wyborem optymalnych rodzajów i dawek koagulantów lub substancji balastującej. Ponadto w artykule wykazano, że usuwanie zawiesin z wód złożowych można przeprowadzić z zastosowaniem jedynie środka bentonitowego (DuoBent 1), bez wprowadzania dodatkowych chemikaliów. Preparat ten należy do grupy naturalnych minerałów ilastych. Jego wykorzystanie do oczyszczania wody jest obiecujące ze względu na powszechność występowania, niską cenę i możliwość adsorpcji wszelkiego rodzaju zanieczyszczeń, w tym metali ciężkich występujących w wodzie. Przedstawione w artykule wyniki prac laboratoryjnych sugerują korzystne efekty technologiczne związane z efektywnym usuwaniem substancji ropopochodnych i osadów z wód w kontekście przygotowania ich do nawadniania złóż (wtórne metody wydobycia ropy naftowej ze złóż węglowodorów) oraz możliwości wykorzystania jako wód użytkowych.

EN

The article presents issues related to the purification of reservoir waters from petroleum substances and sediments. In the study, particular emphasis was placed on application of coagulation and flocculation and use of load materials in the purification of water. The research material consisted of four types of reservoir water, which were collected from the separators wells exploiting natural gas deposits. These waters were characterized by a large range of the content of undissolved substances (5–271 mg/dm3 ), petroleum substances (65.2–1368.5 mg/dm3 ) and a varied degree of mineralization. The content of dissolved substances was determined in the range from 247 to 119 839 mg/dm3 . In the process of water treatment by coagulation and flocculation, carried out in laboratory conditions, Kemira PAX XL 10, Kemira PAX XL 19F and Flokor 1 ASW were used as a coagulant, while Stabpol was used as a flocculant. For each coagulant, a series of tests was performed to determine its optimal dose. The process of water purification from petroleum substances and sediments was also carried out with the use of a ballast substance, which was the DuoBent 1 bentonite preparation. The effectiveness of the water treatment process was assessed by a comparison of the results of turbidity measurements, the COD (Cr) index and the total iron content in polluted water samples and after individual stages of their treatment. The effectiveness of the water treatment process was assessed by comparing the degree of turbidity of the solution above the sediment before and after adding a different amount of coagulant, flocculant and sedimentbalancing material. Research results presented in this paper show that the removal of suspended solids from formation waters can be carried out with the use of a properly prepared bentonite agent (DuoBent 1) with no addition of any other chemicals. This preparation belongs to the group of natural clay minerals, the use of which in water purification applications is promising due to the availability, low price and adsorption capacity of all kinds of organic and inorganic substances contamination, including heavy metals present in water. The results of laboratory work presented in the article suggest favourable technological effects related to the effective removal of petroleum substances and sediments from water in the context of their preparation for irrigation (methods for enhancing recovery of crude oil from hydrocarbon reservoirs) and the possibility of using them as utility waters.

Słowa kluczowe

PL

oczyszczanie; wody złożowe; koagulacja; substancje balastujące; osady; substancje ropopochodne

EN

cleaning; reservoir waters; coagulation; ballasting substances; ediments; petroleum substances

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2022
• Tom: R. 78, nr 2
• Strony: 128--140
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz.

Twórcy

autor

Kluk Dorota

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Steliga Teresa

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Jakubowicz Piotr

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Ahmadun F.-R., Pendashteh A., Abdullah L.Ch., Biak D.R.A., Madaeni S.S., Abidin Z.Z., 2009. Review of technologies for oil and gas produced water treatment. Journal of Hazardous Materials, 170(2–3): 530–551. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2009.05.044.
• Costello J.A., 1974. Cathodic depolarization by sulphate-reducing bacteria. South African Journal of Science, 70(7): 202–204.
• Gaździk B., Pajda M., 2013. Wpływ środków powierzchniowo czynnych o działaniu dyspergującym na właściwości fizykochemiczne i funkcjonalne inhibitorów parafin do wysokoparafinowych rop naftowych. Nafta-Gaz, 69(4): 319–328.
• Gorin K.V., Sergeeva Y.E., Butylin V.V., Komova A.V., Pojidaev V.M., Badranova G.U., Shapovalova A.A., Konova I.A., Gotovtsev P.M., 2015. Methods coagulation/flocculation and flocculation with ballast agent for effective harvesting of microalgae. Bioresource Technology,193: 178–184. DOI: 10.1016/j.biortech.2015.06.097.
• Hem J.D., 1989. Study and interpretation of the chemical characteristic of natural water. U.S. Geological Survey Water-Supply Paper 2254. <https://pubs.usgs.gov/wsp/wsp2254/pdf/wsp2254a.pdf> (dostęp: 26.10.2021).
• Igunnu E.T., Chen G.Z., 2014. Produced water treatment technologies. International Journal of Low-Carbon Technologies, 9: 157–177. DOI: 10.1093/ijlct/cts049.
• Jakubowicz P., 2020. Badania zastosowania chlorków poliglinu w procesie koagulacji zanieczyszczeń w wodach złożowych o szerokim zakresie pH. Nafta-Gaz, 76(11): 807–815. DOI: 10.18668/NG.2020.11.06.
• Janocha A., Kluk D., 2013. Przyczynkowe analizy radonu w gazie ziemnym z wybranych kopalń w aspekcie zagrożenia radiacyjnego. Nafta-Gaz, 69(4): 297–301.
• Janocha A., Kluk D., 2021. Badania możliwości zastosowania materiałów obciążających do wspomagania oczyszczania wód złożowych. Nafta-Gaz, 77(4): 255–263. DOI: 10.18668/NG.2021.04.05.
• Jarvis P., Buckingham P., Holden B., Jefferson B., 2009. Low energy ballasted flotation. Water Research, 43(14): 3427–3434. DOI: 10.1016/j.watres.2009.05.003.
• Kakooei S., Ismail M.Ch., Ariwahjoedi B., 2012. Mechanisms of Microbiologically Influenced Corrosion: A Review. World Applied Sciences Journal, 17(4): 524–531.
• King J.G., Francis-Lacroix K.S., Orosco Ch., 2021. A potential approach for paraffin control for wells in South West Trinidad oilfields using wax inhibitors and paraffin solvent. Conference materials. SPE Trinidad and Tobago Section Energy Resources. DOI: 10.2118/200966-MS.
• Kluk D., 2020. Badania kompatybilności wód złożowych z utworów cechsztynu i czerwonego spągowca w aspekcie zatłaczania do warstw chłonnych. Nafta-Gaz, 76(7): 474–483. DOI: 10.18668/NG.2020.07.06.
• Munger Z.W., Carey C.C., Gerling A.B., Hamre K.D., Doubek J.P., Klepatzki S.D., McClure R.P., Schreiber M.E., 2016. Effectiveness of hypolimnetic oxygenation for preventing accumulation of Fe and Mn in a drinking water reservoir. Water Research,106: 1–14. DOI:10.1016/j.watres.2016.09.038.
• Lee K.E., Norhashimah M., Teng T.T., Poh B.T., 2012. Development, characterization and the application of hybrid materials in coagulation/flocculation of wastewater: a review. Chemical Engineering Journal, 203: 370–386. DOI: 10.1016/j.cej.2012.06.109.
• Li H., Yang J., Zhang L., Zou H., Li D., Wang Q., Meng D., Lu M., 2019. Influence of thermophilic sulfate-reducing bacteria and deposited CaCO3 on the corrosion of water injection system. Engineering Failure Analysis, 95: 359–370. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2018.09.029.
• Pedersen K.S., Rønningsen H.P., 2003. Influence of wax inhibitors on wax appearance temperature, pour point and viscosity of waxy crude oils. Energy and Fuels, 17: 321–328.
• Różkowski A., Zawadzka E., 2009. Geneza i chemizm składu gazowego wód podziemnych w bloku górnośląskim. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego, 436: 411–428.
• Saththasivam J., Loganathan K., Sarp S., 2016. An overview of oil–water separation using gas flotation systems. Chemosphere, 144:671–680. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2015.08.087.
• Shpiner R., Liu G., Stuckey D.C., 2009. Treatment of oilfield produced water by waste stabilization ponds: Biodegradation of petroleum-derived materials. Bioresource Technology, 100(24): 6229–6235. DOI: 10.1016/j.biortech.2009.07.005.
• Steliga T., 1995. Zastosowanie węgli aktywnych w procesach oczyszczania ścieków w kopalniach ropy naftowej i gazu ziemnego. Nafta-Gaz, 51(8): 303–310.
• Steliga T., 2000. Sposoby oczyszczania ścieków i wód złożowych w kopalniach ropy naftowej i gazu ziemnego. Inżynieria Ekologiczna, 2:14–22.
• Tomaszewska B., Bodzek, M., 2013. The removal of radionuclides during desalination of geothermal waters containing boron using the BWRO system. Desalination, 309: 284–290. DOI: 10.1016/j.desal.2012.10.027.
• Tzoupanos N.D., Zouboulis A.I., 2011. Preparation, characterisation and application of novel composite coagulants for surface water treatment. Water Research, 45(12): 3614–3626. DOI: 10.1016/j.watres.2011.04.009.
• Uliasz-Misiak B., Chruszcz-Lipska K., 2017. Aspekty hydrogeochemiczne związane z mieszaniem wód złożowych zatłaczanych do złoża węglowodorów. Gospodarka Surowcami Mineralnymi, 33(2): 69–80. DOI: 10.1515/gospo-2017-0017.
• Veil J.A., Puder M.G., Elcock D., Redweik R.J., Jr., 2004. A white paper describing produced water from production of crude oil, natural gas, and coal bed methane. US Department of Energy National Energy Technology Laboratory. DOI: 10.2172/821666.
• Zhang Z., Nong H., Li Y., Zhao L., Gao H., 2020. Effects of ballasting particles on settling rate of iron ore tailings. Particulate Science and Technology, 38(4): 427–432. DOI: 10.1080/02726351.2018.1558320.
• Zhou Z., Yang Y., Li X., Gao W., Liang H., Li G., 2012. Coagulation efficiency and flocs characteristics of recycling sludge during treatment of low temperature and micro-polluted water. Journal of Environmental Sciences, 24(6): 1014–1020. DOI: 10.1016/S1001-0742(11)60866-8