Διαχείριση ελαιώδους ιλύος διυλιστηρίων πετρελαίου με σταθεροποίηση / στερεοποίηση: εκπλυσιμότητα και μηχανισμοί ακινητοποίησης μετάλλων, ανιόντων και υδρογονανθράκων

Abstract

The objective of this dissertation was to investigate the effectiveness of stabilization/solidification method as a possible treatment technology for refinery oily sludge. The oily sludge produced by petroleum refineries is classified as a solid hazardous waste, according to the European Waste Catalogue (code 05 01 03). The production of such waste is continuous, because of the important role of petroleum and its derivatives in every day life, such as in industrial and human-related activities. The oily sludge production in Greece in 1998 was 35,000 ton, while in Europe in the same year was 448,000 ton. Refinery oily sludge is a complicated and heterogeneous solid mixture, which contains several hazardous constituents. The mixture consists of an organic fraction mainly hydrocarbons (e.g., alkanes and aromatic hydrocarbons) and of an inorganic fraction, which contains heavy metals, silicates and N, O, S-bearing compounds. The short or long-term SUMMARY x waste disposal on soil causes significant environmental problems. The most important problem is the potential release of hazardous substances to soil due to rainfall, and possible contamination of groundwater and surface water. The most common treatment technologies for remediation of contaminated soils by oily sludge and for treatment of the oily sludge itself are incineration, vitrification, biological treatment (e.g. landfarming) and stabilization/solidification (S/S). In the USA, the Resource Conservation and Recovery Act (RCRA) has introduced incineration followed by S/S as the best demonstrated available treatment technology for tank bottoms (leaded) and API separator sludge from petroleum refining industry (coded as K052 and K051, respectively). The combination of these two technologies, incineration followed by S/S, was investigated in the present work. Vitrification is a successful treatment technology for some solid hazardous waste management, especially for waste containing high organic content, but the high energy consumption, the initial investment cost or the non-existing infrastructure, as in Greece, makes the usage and selection of this technology unlikely. The biological treatment of oily sludge is a successful treatment technology for the biodegradation of the organic load but the non-biodegradated inorganic constituents, such as heavy metals, remain and must be treated. An effective and economically feasible alternative treatment technology for the treatment of oily sludge is stabilization/solidification.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή αποσκοπεί στην διερεύνηση της αποτελεσματικότητας της επεξεργασίας ελαιώδους ιλύος διυλιστηρίου με σταθεροποίηση/στερεοποίηση. Η ελαιώδης ιλύς διυλιστηρίων είναι ένα εξ ορισμού επικίνδυνο απόβλητο, σύμφωνα με τον Ευρωπαϊκό Κατάλογο Αποβλήτων (με τον κωδικό 05 01 03, λάσπες του πυθμένα δεξαμενών). Η παραγωγή του αποβλήτου αυτού είναι διαρκής, εφόσον ο ρόλος του πετρελαίου και των παραγώγων του είναι σημαντικός στην ενεργειακή κάλυψη των αναγκών των βιομηχανικών και ανθροποκεντρικών δραστηριοτήτων. Η παραγωγή της ελαιώδους ιλύος στην Ελλάδα το 1998 άγγιξε τους 35.000 ton, ενώ στην Ευρώπη, το 1993, τους 448.000 ton. Η ελαιώδης ιλύς είναι ένα πολύπλοκο και ετερογενές στερεό απόβλητο, το οποίο περιέχει πλήθος επικινδύνων συστατικών από τα οποία πολλά είναι καρκινογόνα και ανοσοτοξικά. Αποτελείται από μίγμα υδρογονανθράκων (όπως αλκάνια, πολυκυκλικές και πτητικές οργανικές ενώσεις) και ανόργανων συστατικών (όπως βαρέα μέταλλα, πυριτικές ενώσεις και ενώσεις Ν, Ο και S). Η διάθεση της στο έδαφος έχει σημαντικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Η κυριότερη εξ αυτών είναι η δυνητική απελευθέρωση των επικινδύνων συστατικών της στο έδαφος, λόγω της εκπλυσιμότητας που προκαλείται από την βροχή, και η πιθανή ρύπανση υπογείων και επιφανειακών υδάτων. Ως εκ τούτου αποτελεί κίνδυνο και για την ανθρώπινη υγεία. Διεθνώς, έχουν προταθεί διάφορες τεχνολογίες επεξεργασίας της, μεταξύ των οποίων είναι η αποτέφρωση, η υαλοποίηση, η βιολογική επεξεργασία και η σταθεροποίηση/ στερεοποίηση. Η αποτέφρωση ακολουθούμενη από σταθεροποίηση/στερεοποίηση, σύμφωνα με την Resource Conservation and Recovery Act των ΗΠΑ, θεωρείται ως η βέλτιστη διαθέσιμη τεχνολογία για την διαχείριση της ελαιώδους ιλύος πετρελαίου. Ο συνδυασμός αυτός των δυο τεχνολογιών αποτελεί αντικείμενο διερεύνησης της παρούσας διατριβής. Επίσης, η υαλοποίηση αποτελεί μια από τις τεχνολογίες που καταστρέφουν το κλάσμα των υδρογονανθράκων σε ποσοστό > 99,99%. Ωστόσο, το υψηλό αρχικό κόστος επένδυσης και συντήρησης της υποδομής ή η ανυπαρξία υποδομής, όπως συμβαίνει στην Ελλάδα, καθιστούν τις τεχνολογίες υαλοποίησης και της αποτέφρωσης δύσκολα επιλέξιμες και εφαρμόσιμες. Η βιολογική επεξεργασία είναι επιτυχής, όσον αφορά στην αποδόμηση του οργανικού κλάσματος των υδρογονανθράκων, αλλά το μη-βιοαποδομήσιμο φορτίο, όπως τα βαρέα μέταλλα, παραμένει και συνεχίζει να αποτελεί πρόβλημα ρύπανσης. Μια αποτελεσματική και οικονομική εναλλακτική λύση είναι η σταθεροποίηση/στερεοποίηση.