تحلیل اقتصادی فرآیند انعقاد الکتریکی در تصفیه پسماند حفاری پایه پلیمری و مقایسه هزینه آن با انعقاد شیمیایی مبتنی بر PAC

نوع مقاله : مقاله مستخرج از رساله دکتری

نویسندگان
1 گروه مهندسی شیمی و پلیمر، واحد تهران جنوب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.
2 مرکز تحقیقات نانو، واحد تهران جنوب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.
چکیده
مدیریت پسماند حفاری با پایه پلیمری، به دلیل بار آلی بالا، تولید قابل‌توجه لجن و محدودیت منابع آب در مناطق نفت‌خیز، مستلزم به‌کارگیری روش‌های تصفیه کارا و اقتصادی است. در این پژوهش، کارایی فرآیند ترکیبی ته‌نشینی–انعقاد الکتریکی (EC) از منظر اقتصادی و مصرف انرژی ارزیابی و با روش متداول انعقاد شیمیایی با پلی‌آلومینیوم کلراید (PAC) مقایسه شده است. تحلیل هزینه–منفعت بر مبنای تصفیه یک مترمکعب پساب و با استفاده از قیمت‌های متعارف ایران در سال‌های ۱۴۰۳–۱۴۰۴ انجام شد. نتایج نشان داد که هزینه مستقیم فرآیند EC حدود ۱۱٬۷۶۰ تومان بر مترمکعب و برای PAC حدود ۲۱٬۱۰۰ تومان بر مترمکعب است. با در نظر گرفتن منافع حاصل از بازیافت آب (۰٫۸ مترمکعب برای EC در مقابل ۰٫۶ مترمکعب برای PAC) و کاهش هزینه‌های دفع پسماند، هزینه خالص تصفیه با EC به حدود ۷٬۰۴۰− تومان بر مترمکعب (صرفه‌جویی خالص) کاهش می‌یابد، در حالی که روش PAC همچنان دارای هزینه خالص مثبت در حدود ۵٬۴۰۰ تومان بر مترمکعب است. همچنین، شاخص انرژی ویژه حذف COD برای فرآیند EC در سناریوی مقیاس‌پذیر حدود ۱٫۷۷ kWh/kgCOD و در مقیاس آزمایشگاهی حدود ۸٫۸۵ kWh/kgCOD محاسبه شد. در مجموع، نتایج نشان می‌دهد که انعقاد الکتریکی در شرایط عملیاتی قلیایی و با استفاده از الکترودهای فولادی کم‌هزینه و قابل استفاده مجدد، از نظر اقتصادی و قابلیت صنعتی‌سازی، گزینه‌ای رقابتی و در بسیاری از سناریوها برتر از انعقاد شیمیایی متداول است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Economic Analysis of the Electrocoagulation Process in Treating Polymer-Based Drilling Waste and Cost Comparison with Chemical Coagulation Based on PAC

نویسندگان English

Amirhooshang Mostajir 1
Leila Vafajoo 1 2
1 Department of Chemical and Polymer Engineering, ST. C., Islamic Azad University, Tehran, Iran.
2 Nano Research Centre, ST. C., Islamic Azad University, Tehran, Iran.
چکیده English

The management of polymer-based drilling waste poses significant challenges due to its high organic load, substantial sludge generation, and limited water resources in oil-producing regions, necessitating the adoption of efficient and cost-effective treatment methods. In this study, the combined sedimentation–electrocoagulation (EC) process was evaluated from economic and energy perspectives and compared with the conventional chemical coagulation method using polyaluminum chloride (PAC). The cost–benefit analysis was conducted on the basis of treating one cubic meter of wastewater, using prevailing Iranian prices for the years 2024–2025. The results indicated that the direct treatment cost of EC was approximately 11,760 IRR/m³, whereas that of PAC was about 21,100 IRR/m³. When accounting for the benefits of water recovery (0.8 m³ for EC compared to 0.6 m³ for PAC) and reduced disposal costs, the net treatment cost for EC decreased to approximately –7,040 IRR/m³, representing a net economic saving. In contrast, the PAC process still exhibited a positive net cost of approximately 5,400 IRR/m³. Moreover, the specific energy consumption for COD removal in the scalable EC scenario was calculated to be about 1.77 kWh/kgCOD, while a higher value of 8.85 kWh/kgCOD was observed at the laboratory scale. Overall, the findings demonstrate that electrocoagulation, operating under alkaline conditions and employing low-cost, reusable steel electrodes, represents an economically viable and industrially scalable treatment option and, in many scenarios, outperforms conventional chemical coagulation.

کلیدواژه‌ها English

Drilling waste
Electrocoagulation
Polyaluminum chloride
Economic analysis
Net treatment cost
  1. زرندی, ت.پ.وحدتی, بررسی و تحلیل روشهای قیمت گذاری پساب و پیشنهاد روش مناسب برای ایران. تحقیقات منابع آب ایران, 2025. 20(4) p. 1-16.
  2. Mollah, M.Y., et al., Fundamentals, present and future perspectives of electrocoagulation. Journal of hazardous materials, 2004. 114(1-3): p. 199-210.
  3. Kobya, M., et al., Treatment of levafix orange textile dye solution by electrocoagulation. Journal of hazardous materials, 2006. 132(2-3): p. 183-188.
  4. Merzouk, B., K. Madani, and A. Sekki, Using electrocoagulation–electroflotation technology to treat synthetic solution and textile wastewater, two case studies. Desalination, 2010. 250(2): p. 573-577.
  5. Васильева, Н.О., et al., Accounting and analytical support of financial analysis of agricultural enterprises. 2020.
  6. Mohammed, S.J., et al., Removal of levofloxacin and ciprofloxacin from aqueous solutions and an economic evaluation using the electrocoagulation process. International Journal of Environmental Analytical Chemistry, 2023. 103(16): p. 3801-3819.
  7. Islam, S.N., et al., Electrocoagulation (EC) technique for color removal from orange II dye. Bangladesh journal of environmental research, 2011. 9: p. 45-52.
  8. Bazrafshan, E., et al., Slaughterhouse wastewater treatment by integrated chemical coagulation and electro-fenton processes. Sustainability, 2022. 14(18): p. 11407.
  9. Zakeri, H., et al., Chemical coagulation-electro fenton as a superior combination process for treatment of dairy wastewater: performance and modelling. International Journal of Environmental Science and Technology, 2021. 18(12): p. 3929-3942.
  10. Zhou, R. and M. Zhang, Optimization of pre-oxidation enhanced coagulation for micro-polluted water treatment by response surface method. International Journal of Environmental Science and Technology, 2025. 22(7): p. 6071-6082.
  11. Saad, M.S., et al., Techno-economic analysis of an integrated electrocoagulation-membrane system in treatment of palm oil mill effluent. Journal of King Saud University-Science, 2022. 34(4): p. 102015.
  12. Jasim, M.A. and F.Y. AlJaberi, Removal of COD from real oily wastewater by electrocoagulation using a new configuration of electrodes. Environmental Monitoring and Assessment, 2023. 195(6): p. 651.
  13. Pizutti, J.T., et al., Electrocoagulation coupled adsorption for anaerobic wastewater post-treatment and reuse purposes. Desalination and Water Treatment, 2019. 160: p. 144-152.