Integration of Flotation Technologies and Advanced Oxidation Processes for Oil and Gas and Desalination Industries Effluents Reuse

Abstract

La produced water (PW) és l'efluent aquós que arriba a la superfície juntament amb el petroli o gas a les operacions d'extracció. Per al seu tractament i reutilització, s'han proposat processos integrats, que consisteixen en un pretractament seguit d'un procés d'oxidació avançada (POA). Com pretractaments, la sedimentació i el DAF millorat (E-DAF) sense injecció d'aire van mostrar eliminacions adequades de terbolesa i d'olis i greixos (O&G), amb percentatges superiors al 87% i 90% respectivament, emprant 70 mg L-1 de FeCl3 i 83 min de temps de sedimentació; i 57.9 mg L-1 de FeCl3, 300 mg L-1 de microesferes i velocitat de floculació de 40 rpm. Es va obtenir PW pretractada amb un contingut d'O&G per sota dels requisits per a la descàrrega, però els compostos orgànics dissolts no van ser eliminats, per la qual cosa es van estudiar POAs com la fotocatàlisi, foto-Fenton, Fenton i ozonització, per incloure un d'ells dins de la solució de tractaments integrats després de l'E-DAF o la sedimentació. Els millors resultats es van obtenir amb 4 g h-1 d'O3 i 1500 mg L-1 de H2O2, a pH 10. Després de 2 h es va obtenir un 74% d'eliminació de TOC, l'eliminació d'àcid acètic (el component més recalcitrant) va ser del 77.8% i la resta de components que es van afegir a la PW simulada van ser eliminats. També es van tractar les aigües residuals del rentat de membranes d'osmosi inversa mitjançant POAs (Fenton, foto-Fenton i fotocatàlisi). La major eliminació es va aconseguir amb el procés foto-Fenton a pH 3, on es va obtenir un 79% d'eliminació de TOC amb 1400 mg L-1 de H2O2 i 70 mg L-1 de Fe2 + després de 60 min sota radiació solar simulada, obtenint-se un efluent d'aigua adequat per a la seva reutilització en irrigació.

La produced water (PW) es el efluente acuoso que llega a la superficie junto con el petróleo o gas en las operaciones de extracción. Para su tratamiento y reutilización, se han propuesto procesos integrados, que consisten en un pretratamiento seguido de un proceso de oxidación avanzada (POA). Como pretratamientos, la sedimentación y el DAF mejorado (E-DAF) sin inyección de aire mostraron eliminaciones adecuadas de turbidez y de aceites y grasas (O&G), con porcentajes superiores al 87% y 90% respectivamente, empleando 70 mg L-1 de FeCl3 y 83 min de tiempo de sedimentación; y 57.9 mg L-1 de FeCl3, 300 mg L-1 de microesferas y velocidad de floculación de 40 rpm. Se obtuvo PW pretratada con un contenido de O&G por debajo de los requisitos para la descarga, pero los compuestos orgánicos disueltos no fueron eliminados, por lo que se estudiaron POAs como la fotocatálisis, foto-Fenton, Fenton y ozonización, para incluir uno de ellos dentro de la solución de tratamientos integrados después del E-DAF o la sedimentación. Los mejores resultados se obtuvieron con 4 g h-1 de O3 y 1500 mg L-1 de H2O2, a pH 10. Después de 2 h se obtuvo un 74% de eliminación de TOC, la eliminación de ácido acético (el componente más recalcitrante) fue del 77.8% y el resto de componentes que se añadieron a la PW simulada fueron eliminados. También se trataron las aguas residuales del lavado de membranas de ósmosis inversa mediante POAs (Fenton, foto-Fenton y fotocatálisis). La mayor eliminación se consiguió con el proceso foto-Fenton a pH 3, donde se obtuvo un 79% de eliminación de TOC con 1400 mg L-1 de H2O2 y 70 mg L-1 de Fe2+ después de 60 min bajo radiación solar simulada, obteniéndose un efluente adecuado para su reutilización en irrigación.

PW is the aqueous effluent that is brought to the surface along with oil or gas in extraction operations. For its treatment and reuse, integrated processes consisting in a pretreatment followed by an advanced oxidation process (AOP) have been proposed. As pretreatments, settling and enhanced DAF (E-DAF) without air injection showed adequate turbidity and oil and grease (O&G) removals, with eliminations higher than 87% and 90% respectively, employing 70 mg L-1 of FeCl3 and 83 min of settling time; and 57.9 mg L-1 of FeCl3, 300 mg L-1 of microspheres and a flocculation rate of 40 rpm. Pretreated PW with O&G content below the requirements for discharging was obtained, but dissolved organic compounds were not eliminated, so POAs such as photocatalysis, photo-Fenton, Fenton and ozonation were studied to include one of these processes within the integrated treatment solution after the E-DAF or settling. The best results were obtained with 4 g h-1 O3 and 1500 mg L-1 H2O2, at pH 10. After 2 h a 74% of TOC removal was achieved, the acetic acid (the most recalcitrant component) elimination was 77.8% and the components added in the synthetic PW essayed in this work were eliminated. Reverse osmosis membranes cleaning waters were also treated by POAs (Fenton, photo-Fenton and photocatalysis). Highest elimination was achieved with the photo-Fenton process at pH 3, where 79% of TOC removal was obtained with 1400 mg L-1 H2O2 and 70 mg L-1 Fe2+ after 60 min of simulated solar radiation, obtaining suitable effluent for its reuse on irrigation.