Loading...

Application of Ferrate for Enhancing Refinery Wastewater Treatment Quality toward Recycling and Reuse in Cooling Towers (Case Study: Tehran Oil Refinery)

Mirzajani, Mohammad | 2025

0 Viewed
  1. Type of Document: M.Sc. Thesis
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 58505 (09)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Civil Engineering
  6. Advisor(s): Khorashadizadeh, Farkhondeh
  7. Abstract:
  8. This study evaluated the feasibility of upgrading the treated effluent from the Tehran Oil Refinery wastewater treatment plant for reuse as cooling tower makeup water. Due to the high concentrations of dissolved solids, phosphate, silica, and COD, the direct use of this effluent causes scaling, corrosion, and biofouling in cooling systems. To address these issues, a hybrid advanced treatment train comprising pre-oxidation and coagulation using ferrate (Fe(VI)), followed by mixed-bed ion exchange (MB400) and a final remineralization stage, was employed. The goal was to simultaneously reduce organic, colloidal, and ionic loads with minimal energy and chemical consumption and to produce a chemically balanced water (LSI, RSI, PSI near equilibrium). Under the optimized conditions (0.1 mL/L ferrate dose at pH≈10), COD and phosphate removal reached 94% and 95%, while turbidity and SDI were reduced by over 80% and 50%, respectively. The ion-exchange process further decreased chloride, hardness, and silica by 91%, 80%, and 60%, reducing total dissolved solids from 1813 to about 11 mg/L. The final remineralization adjusted the LSI to the stable range (0–0.3) and yielded hardness and alkalinity around 80–90 mg/L as CaCO3, fully compliant with cooling-water standards. These results demonstrate that the Ferrate-IX-Remineralization hybrid process provides an effective, low-energy, and low-sludge alternative for polishing refinery effluents prior to reuse in cooling towers at the Tehran Oil Refinery.
  9. Keywords:
  10. Ion Exchange ; Water Reuse ; Cooling Tower ; Tehran Oil Refinery ; Remineralization ; Advanced Treatment Train ; Ferrate

 Digital Object List

 Bookmark

  • چکیده
  • فهرست مطالب
  • فهرست جدول‌ها
  • فهرست شکل‌ها
  • فصل 1 - مقدمه و کلیات
    • 1-1 - اهمیت موضوع
    • 2-1 - تعریف مسئله
    • 3-1 - ضرورت انجام تحقیق
    • 4-1 - اهداف، پرسش‌ها/فرضیات و نوآوری
      • 1-4-1 - اهداف سنجش‌پذیر
      • 2-4-1 - پرسش‌ها/فرضیات پژوهش
      • 3-4-1 - نوآوری
    • 5-1 - فرضیات و شرایط حاکم
    • 6-1 - ساختار پایان‌نامه
  • فصل 2 - مرور ادبیات فنی
    • 1-2 - برج‌های خنک‌کننده در پالایشگاه‌ها
      • 1-1-2 - برج خنک‌کننده مدار باز (مرطوب)
      • 2-1-2 - برج خنک‌کننده مدار بسته (خشک)
      • 3-1-2 - برج خنک‌کننده هیبریدی (ترکیبی)
      • 4-1-2 - اهمیت انتخاب نوع برج‌های خنک‌کننده در پالایشگاه‌ها
        • 1-4-1-2 - دمای خنک‌کنندگی مورد نیاز
        • 2-4-1-2 - دسترسی به آب و ملاحظات زیست‌محیطی
        • 3-4-1-2 - هزینه‌های اولیه و عملیاتی
      • 5-1-2 - مقایسه برج‌های خنک‌کننده پالایشگاهی با صنایع دیگر
      • 6-1-2 - تعاریف و شاخص‌های عملکرد برج‌های خنک‌کننده
        • 1-6-1-2 - دامنه سرمایش (Range)
        • 2-6-1-2 - تقرب (Approach)
        • 3-6-1-2 - چرخه تغلیظ (COC)
        • 4-6-1-2 - تبخیر، دریفت46F ، بلودان
    • 2-2 - کیفیت آب و پیامدها
      • 1-2-2 - رسوب‌گذاری
      • 2-2-2 - خوردگی
      • 3-2-2 - بایوفولینگ
      • 4-2-2 - شاخص‌های کیفی-بهره‌برداری
        • 1-4-2-2 - شاخص اشباع لانژلیِر (LSI)
        • 2-4-2-2 - شاخص پایداری رایزنِر (RSI)
        • 3-4-2-2 - شاخص رسوب‌گذاری پوکوریوس (PSI)
        • 4-4-2-2 - شاخص تراکم لجن (SDI)
      • 5-2-2 - پارامتر-پیامد-کنترل
      • 6-2-2 - پیوند کیفی و کنترلی پساب تصفیه‌خانه‌ی پالایشگاه
    • 3-2 - استانداردها و اهداف کیفی آب
      • 1-3-2 - چارچوب استانداردها
      • 2-3-2 - اهداف کیفی آب
      • 3-3-2 - روش استخراج حدود کیفی
      • 4-3-2 - ایمنی و بهداشت
      • 5-3-2 - پیوند کیفی پساب پالایشگاه با آب مصرفی برج‌ها
    • 4-2 - روش‌های پیشرفته و ترکیبی در تصفیه و بازچرخانی پساب صنعتی
      • 1-4-2 - فناوری‌های متداول
        • 1-1-4-2 - اسمز معکوس (RO)
        • 2-1-4-2 - الکترودیالیز معکوس (EDR)
        • 3-1-4-2 - تبادل یونی (IX)
      • 2-4-2 - فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته (AOPs)
        • 1-2-4-2 - فرآیند فِنتون68F و فُتوفنتون69F
        • 2-2-4-2 - فرآیند UV/H2O2
        • 3-2-4-2 - فرآیند ازن‌زنی
        • 4-2-4-2 - فرآیند فتوکاتالیز78F
      • 3-4-2 - استفاده از فِرات
    • 5-2 - رمینرالیزاسیون و اهمیت آن در آب برج‌های خنک‌کننده
    • 6-2 - جمع‌بندی و ارتباط با پژوهش
  • فصل 3 - مواد و روش‌ها
    • 1-3 - مشخصات تصفیه‌خانه و برج‌های خنک‌کننده
      • 1-1-3 - فرآیند تصفیه در تصفیه‌خانه پالایشگاه نفت تهران
      • 2-1-3 - مشخصات برج‌های خنک‌کننده
      • 3-1-3 - نقاط نمونه‌برداری و زنجیره انتقال نمونه‌ها
    • 2-3 - مواد اولیه و شیمیایی مورد استفاده
      • 1-2-3 - فِرات
      • 2-2-3 - رزین تبادل یونی
      • 3-2-3 - پلی‌اکریل‌آمید (PAM)114F
      • 4-2-3 - سدیم هیدروکسید (NaOH)
      • 5-2-3 - اسید سولفوریک (H2SO4)
      • 6-2-3 - سدیم بی‌کربنات (NaHCO3)
      • 7-2-3 - کلسیم کلراید دوآبه (CaCl2.2H2O)118F
    • 3-3 - تجهیزات استفاده شده
      • 1-3-3 - ستون تبادل یونی شیشه‌ای
      • 2-3-3 - ادامه تجهیزات مورد استفاده
    • 4-3 - روش انجام آزمایش‌ها
      • 1-4-3 - روش انجام جارتست
      • 2-4-3 - آزمایش ستون تبادل یونی
      • 3-4-3 - طراحی آزمایش رمینرالیزاسیون
    • 5-3 - روش‌های آنالیز و سنجش پارامترها
  • فصل 4 - تجزیه و تحلیل نتایج
    • 1-4 - مشخصات اولیه پساب پالایشگاه
    • 2-4 - نتایج پیش‌تصفیه با فرات
      • 1-2-4 - ارزیابی غلظت اولیه‌ی محلول فرسول
      • 2-2-4 - پایداری فرات و نتایج کدورت و شاخص SDI در شرایط pH مختلف
      • 3-2-4 - مصرف اسید و باز در فرآیند جارتست فرات
      • 4-2-4 - نتایج حذف COD و BOD با فرات
      • 5-2-4 - نتایج حذف فسفات و سولفات با فرات
      • 6-2-4 - پایش تغییرات سیلیکا، سدیم، آهن و منگنز در انتهای جارتست
      • 7-2-4 - گندزدایی و کاهش کلیفرم
      • 8-2-4 - اثر کمک‌منعقدکننده پلی‌اکریل‌آمید (PAM)
      • 9-2-4 - لجن تولیدی فرات
    • 3-4 - نتایج فرآیند تبادل یونی
      • 1-3-4 - مبانی محاسباتی پیش‌بینی ظرفیت رزین
      • 2-3-4 - اثر حجم بستر بر کیفیت خروجی ستون تبادل یونی
      • 3-3-4 - نتایج تغییرات کیفی خروجی ستون برای بستر ۱۶۰ میلی‌لیتر
        • 1-3-3-4 - عملکرد حذف سختی
        • 2-3-3-4 - نتایج حذف کدورت
        • 3-3-3-4 - عملکرد حذف COD و BOD
        • 4-3-3-4 - حذف فسفات و سولفات
        • 5-3-3-4 - تغییرات سیلیکا، سدیم آهن و منگنز
    • 4-4 - نتایج آزمایش رمینرالیزاسیون
      • 1-4-4 - انتخاب نمونه ورودی برای فرآیند رمینرالیزاسیون
      • 2-4-4 - محاسبات هدف‌گذاری رمینرالیزاسیون بر پایه شاخص‌های کیفی-بهره‌برداری
      • 3-4-4 - نتایج تغییرات کیفی پس از فرآیند رمینرالیزاسیون
        • 1-3-4-4 - روند تغییرات pH، سختی و قلیائیت
        • 2-3-4-4 - شاخص‌های پایداری (کیفی-بهره‌برداری)
        • 3-3-4-4 - رفتار TDS، کدورت، کلراید و سدیم اضافه شده
    • 5-4 - ارزیابی عملکرد فرآیند فرات-تبادل یونی-رمینرالیزاسیون
      • 1-5-4 - کیفیت نهایی آب پس از انجام سه مرحله و مقایسه با استانداردها
      • 2-5-4 - بررسی عملکرد فرآیند در چرخه‌های COC مختلف
    • 6-4 - مقایسه عملکرد فرآیند مورد مطالعه با پژوهش‌های مشابه
  • فصل 5 - نتیجه‌گیری و پیشنهادها
    • 1-5 - جمع‌بندی کلی نتایج
    • 2-5 - نتیجه‌گیری فنی و کاربردی
    • 3-5 - تحلیل اقتصادی و زیست‌محیطی فرآیند
      • 1-3-5 - برآوردهای اقتصادی بهره‌برداری از فرآیند
      • 2-3-5 - پیامدهای زیست‌محیطی و مدیریت پسماند
      • 3-3-5 - مقایسه با گزینه‌های جایگزین
    • 4-5 - نوآوری‌ها و پاسخ به سوالات اولیه پژوهش
    • 5-5 - محدودیت‌های پژوهش
    • 6-5 - پیشنهادها برای تحقیقات آینده
    • 7-5 - نتیجه‌گیری نهایی
  • منابع و مأخذ
  • واژه‌نامه
...see more