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8/2/2019 Removal of Oil From Separator

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REMO VA L O F O I L A ND G REA S E I N OI L P ROCES S I N G WA S TEWA TERS

B Y

Ch o o n g He e R h e e , S e n i o r E n g i n e e r

P a u l C. Ma r t y n , S u p e r v i s i n g Ci v i l E n g i n e e r

J a y G. Kr e me r , He a d , I n d u s t r i a l Wa s t e Se c t i o n

Al l o f t h e S a n i t a t i o n Di s t r i c t s o f L o s An g e l e s Co u n t y

1


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I NT R OD UC T I ON

T h e o i l p r o c e s s i n g i n d u s t r y i n t h e Sa n i t a t i o n Di s t r i c t s o f L o s An g e l e s

Co u n t y ' s ( Di s t r i c t s ) s e r v i c e a r e a i n c l u d e s p e t r o l e u m r e f i n i n g , u s e d o i l

r e - r e f i n i n g , p e t r o c h e mi c a l p r o c e s s i n g , c r u d e o i l a n d n a t u r a l g a s p r o d u c t i o n ,

a n d r e l a t e d c h e mi c a l c o mp a n i e s . T h e v o l u me o f wa s t e wa t e r d i s c h a r g e d f r o mt h e o i l p r o c e s s i n g i n d u s t r y i s a p p r o x i ma t e l y 2 3 mi l l i o n g a l l o n s p e r d a y

( MGD) wh i c h i s a b o u t 3 5 p e r c e n t o f t h e Di s t r i c t s ' t o t a l i n d u s t r i a l

wa s t e wa t e r f l o w a n d 6 p e r c e n t o f t h e 3 6 5 MGD o f wa s t e wa t e r i n f l u e n t t o t h e

Di s t r i c t s ' J o i n t Wa t e r P o l l u t i o n Co n t r o l P l a n t ( J WP CP ) .

T h e mo s t i mp o r t a n t p o l l u t a n t s i n t h e o i l p r o c e s s i n g wa s t e wa t e r s a r e

c o n v e n t i o n a l p o l l u t a n t s s u c h a s o i l a n d g r e a s e , s u s p e n d e d s o l i d s a n d p H, a n dn o n c o n v e n t i o n a l p o l l u t a n t s s u c h a s p h e n o l i c c o mp o u n d s , COD, s u l f i d e a n d

a mmo n i a . Amo n g t h e s e p o l l u t a n t s , o i l a n d g r e a s e i s o n e o f t h e mo s t

c o mp l i c a t e d p o l l u t a n t s t o r e mo v e . T h i s p a p e r s u mma r i z e s a v a i l a b l et e c h n o l o g i e s t o r e mo v e o i l a n d g r e a s e a n d s h o u l d a s s i s t o i l a n d g r e a s e

d i s c h a r g e r s i n c o mp l y i n g wi t h t h e i r e f f l u e n t l i mi t s .

THE COMPOS I TI ON OF HYDROCARBON

Hy d r o c a r b o n s e x i s t i n t h e l i q u i d , s o l i d o r g a s e o u s s t a t e , g e n e r a l l y

d e p e n d i n g o n t h e n u mb e r a n d a r r a n g e me n t o f t h e c a r b o n a t o ms i n t h e i r

mo l e c u l e s . At n o r ma l t e mp e r a t u r e s a n d p r e s s u r e s , t h o s e h y d r o c a r b o n

mo l e c u l e s wi t h u p t o f o u r c a r b o n s a r e g a s e o u s , t h o s e wi t h t we n t y o r mo r e

c a r b o n s a r e s o l i d a n d t h o s e i n b e t we e n a r e l i q u i d ( s u c h a s c r u d e o i l s ) .

T h e s i mp l e s t h y d r o c a r b o n i s me t h a n e , i t i s c o mp r i s e d o f o n e c a r b o n a t o m

s u r r o u n d e d b y f o u r h y d r o g e n a t o ms . T h e l a r g e r h y d r o c a r b o n mo l e c u l e s h a v e

t wo o r mo r e c a r b o n a t o ms j o i n e d t o o n e a n o t h e r a s we l l a s t o h y d r o g e n a t o ms

[ l ] . T h e c a r b o n a t o ms ma y l i n k t o q e t h e r i n a s t r a i g h t c h a i n , a b r a n c h e d

c h a i n o r a r i n g . T h e s i mp l e r h y d r o c a r b o n s f o u n d i n c r u d e o i l s a r e p a r a f f i n s( s a t u r a t e d h y d r o c a r b o n ) i n wh i c h e a c h c a r b o n a t o m i s l i n k e d wi t h t h e ma x i mu m

p o s s i b l e n u mb e r o f h y d r o g e n a t o ms wi t h t h e g e n e r i c f o r mu l a o f C H

Hy d r o c a r b o n s wi t h s t r a i g h t o r b r a n c h e d c a r b o n a t o m c h a i n s a n d c o n t a i n i n g

l e s s t h a n t h e ma x i mu m o f h y d r o g e n a t o ms p e r c a r b o n a t o m a r e c a l l e d

" u n s a t u r a t e d " o r " o l e f i n i c " a n d h a v e t h e g e n e r i c f o r mu l a o f C H E x a mp l e s

o f t h e s e t y p e s a r e s h o wn i n F i g u r e 1 [ 2 ] . P e t r o l e u m c r u d e o i l s c o n t a i nh u n d r e d s o f d i f f e r e n t h y d r o c a r b o n s , s o me o f wh i c h a r e a s c o mp l e x a s CB5 H6 0 .

TES T METHODS FOR OI L AND GREASE

T h e t e s t p r o c e d u r e s u s e d t o me a s u r e o i l a n d g r e a s e c o n c e n t r a t i o n s i n

wa s t e wa t e r d o n o t d e t e r mi n e t h e p r e s e n c e o f s p e c i f i c s u b s t a n c e s , b u t g r o u p so f s u b s t a n c e s t h a t c a n b e e x t r a c t e d f r o m a s a mp l e u s i n g a p a r t i c u l a r

s o l v e n t . T h e s i x t e e n t h e d i t i o n o f S t a n d a r d Me t h o d s f o r t h e Ex a mi n a t i o n o f

Wa t e r a n d Wa s t e wa t e r [ 3 ] p r o v i d e s f o r t h e u s e o f t h r e e t e s t p r o c e d u r e s t o

d e t e r mi n e o i l a n d g r e a s e c o n c e n t r a t i o n s i n wa s t e wa t e r s a mp l e s . T h e s e

p r o c e d u r e s i n c l u d e ( 1 ) t h e p a r t i t i o n - g r a v i me t r i c me t h o d ( 5 0 3 A) wh i c hi n v o l v e s t h e e x t r a c t i o n o f d i s s o l v e d a n d e mu l s i f i e d o i l a n d g r e a s e u s i n g

t r i c h l o r o t r i f l u o r o e t h a n e , ( 2 ) t h e p a r t i t i o n - i n f r a r e d me t h o d ( 5 0 3 B) wh i c h

u s e s a n e x t r a c t i o n p r o c e s s i d e n t i c a l t o t h e 5 0 3 A me t h o d t o g e t h e r wi t h


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i n f r a r e d d e t e c t i o n me t h o d s a n d ( 3 ) t h e So x h l e t e x t r a c t i o n me t h o d ( 5 0 3 C)

wh i c h i s b a s e d o n a n a c i d i f i c a t i o n o f t h e s a mp l e , s e p a r a t i n q t h e o i l s f r o m

t h e l i q u i d b y f i l t r a t i o n a n d e x t r a c t i o n u s i n g t r i c h l o r o t r i f l u o r o e t h a n e .

T h e a b o v e t e s t me t h o d s h a v e o c c a s i o n a l l y b e e n u s e d i n t e r c h a n q e a b 1 y

u n d e r t h e a s s u mp t i o n t h a t t h e y g i v e c o mp a r a b l e r e s u l t s . Ho we v e r , r e c e n t

p r e l i mi n a r y t e s t r e s u l t s i n d i c a t e t h a t o i l s h a v i n q a h i g h c o n c e n t r a t i o n o f

wa t e r s o l u b l e n a p h t h e n i c a c i d s a n d o x y g e n - c o n t a i n i n q p h e n o l i c c o mp o u n d s ma y

p r o d u c e a h i q h e r o i l a n d g r e a s e c o n c e n t r a t i o n u s i n g t h e 5 0 3 A me t h o d a s

c o mp a r e d t o t h e 5 0 3 C me t h o d [ 4 ] [ 5 ] .

F o r i n d i r e c t d i s c h a r g e r s t o p u b l i c l y o wn e d t r e a t me n t wo r k s s u b j e c t t o

E P A' s c a t e g o r i c a l p r e t r e a t me n t r e g u l a t i o n s , t h e f i n a l r u l e f o r t h e Ge n e r a l

P r e t r e a t me n t Re g u l a t i o n s , 4 0 CF R 4 0 3 . 1 2 ( b ) ( 5 ) ( v i ) , [ 6 ] s t a t e s t h a t

wa s t e wa t e r s a mp l i n g a n d a n a l y s e s s h a l l b e p e r f o r me d i n a c c o r d a n c e wi t h t h e

t e c h n i q u e s p r e s c r i b e d i n 4 0 CF R 1 3 6 [ 7 ] . T h e t e s t p r o c e d u r e s p e c i f i e d f o ro i l a n d g r e a s e a n a l y s e s i n 4 0 CF R 1 3 6 i s t h e 5 0 3 A me t h o d .

SOURCES OF OI L AND GREASE I N WASTE WATER

P e t r o l e u m Re f i n i n g a n d Us e d Oi l Re - r e f i n i n g

Vi r t u a l l y e v e r y r e f i n e r y , u s e d o i l a n d r e - r e f i n i n g o p e r a t i o n , f r o m

f r a c t i o n s

o i l a n d

p r i ma r y d i s t i l l a t i o n t h r o u g h f i n a l t r e a t me n t , c o n t a i n s v a r i o u s

o i l s a n d o r g a n o s u l f u r c o mp o u n d s i n t h e i r w a s t e wa t e r s [ 8 ] . T h e

g r e a s e i n t h i s wa s t e wa t e r ma y a p p e a r a s f r e e o i l , d i s p e r s e d o i l ,

o i l , s o l u b l e o i l o r a s a c o a t i n g o r s u s p e n d e d ma t t e r .

Cr u d e Oi l P r o d u c i n g Fa c i l i t i e s

e m u l s i f i e d

o f

Wa s t e wa t e r f r o m o i l f i e l d o p e r a t i o n s ma y c o n t a i n d r i l l i n g mu d s , b r i n e ,

f r e e a n d e mu l s i f i e d o i l , t a n k - b o t t o m s l u d g e a n d n a t u r a l g a s . Ma n y

o i l - b e a r i n g s t r a t a h a v e b r i n e - b e a r i n g f o r ma t i o n s . Oi l a n d g a s mu s t t h e n b e

s e p a r a t e d f r o m t h e wa s t e wa t e r ; t h i s wa s t e wa t e r i s t y p i c a l l y a b r i n e wa s t e

c o n t a i n i n g s o me o i l c o n t a mi n a t i o n a n d mu s t b e d i s p o s e d .

I MP A CT O F EX CES S I V E O I L A N D G REAS E D I S CH ARGES O N S EWERA GE S Y S TEMS

S h o u l d t h e r e b e e x c e s s i v e d i s c h a r g e s o f o i l a n d g r e a s e t o s e we r a g e

s y s t e ms , p r o b l e ms ma y o c c u r w i t h t h e c l o g g i n g o f s e we r s a n d p u mp i n g p l a n t s

a n d wi t h t h e i n t e r f e r e n c e o f b i o l o g i c a l t r e a t me n t p r o c e s s e s .

T h e Di s t r i c t s ' r e c e n t s t u d i e s s h o w t h a t t h e J WP CP i n Ca r s o n r e c e i v e s

a p p r o x i ma t e l y 3 9 0 l b s / d a y o f b e n z e n e , 9 5 0 l b s / d a y o f t o l u e n e a n d 2 0 0 l b s / d a y

o f x y l e n e . T h e s e p o l l u t a n t s a r e o c c a s i o n a l l y a s s o c i a t e d wi t h o i l a n d g r e a s e

d i s c h a r g e s . Be n z e n e i s o f p a r t i c u l a r c o n c e r n a s i t h a s b e e n l i s t e d a s a

c a r c i n o g e n . T h e s e p o l l u t a n t s h a v e b e e n r e c e n t l y a d d r e s s e d i n 4 0 CF R 6 0

( S t a n d a r d s o f P e r f o r ma n c e f o r N e w S t a t i o n a r y S o u r c e s VOC E mi s s i o n s f r o mP e t r o l e u m Re f i n e r y Wa s t e wa t e r S y s t e m) , d a t e d Ma r c h 4 , 1 9 8 7 . T h e Di s t r i c t s

a r e c o n s i d e r i n g d e v e l o p i n g e f f l u e n t l i mi t s f o r b e n z e n e , t o l u e n e a n d x y l e n e .

3


4/15


5/15

w h e r e ;

Vt = r a t e

S W = s p e c

o f r i s e o f o i l d r o p l e t i n wa s t e wa t e r , i n f e e t / mi n u t e

i f i c g r a v i t y o f w a s t e wa t e r a t d e s i g n t e mp e r a t u r e o f f l o w

S o = s p e c i f i c g r a v i t y o f o i l i n wa s t e wa t e r a t d e s i g n t e mp e r a t u r e

f l o w

u = a b s o l u t e v i s c o s i t y o f t h e o i l i n wa s t e wa t e r a t d e s i g n

t e mp e r a t u r e , i n p o i s e s

Us i n g t h e c o n c e p t o f t h e r i s i n g o i l d r o p l e t a s e x p r e s s e d a b o v e , t h e

d e s i g n o f a n AP I S e p a r a t o r i s b a s e d o n t h e f o l l o wi n g f o u r r e l a t i o n s h i p s

wh e r e ;

Ah = a mi n i mu m h o r i z o n t a l a r e a , i n f e e t2

F = d e s i g n f a c t o r f o r t u r b u l e n c e a n d s h o r t - c i r c u i t i n g f a c t o r ( A P I

d e s i g n ma n u a l )

Qm = wa s t e wa t e r f l o w, i n f e e t3/ mi n u t e

A C= a mi n i mu m v e r t i c a l c r o s s - s e c t i o n a l a r e a i n f e e t

2

Vh = h o r i z o n t a l f l o w Ve l o c i t y , i n f e e t / mi n u t e , n o t t o e x c e e d 1 5 Vto r 3 f e e t / mi n u t e

d = d e p t h o f w a s t e wa t e r , i n f e e t

B = wi d t h o f s e p a r a t o r c h a mb e r , i n f e e t

L = l e n g t h o f s e p a r a t o r c h a mb e r , i n f e e t

5


6/15

Wh e n a f r e e o i l o r d i s p e r s e d o i l y wa t e r mi x t u r e i s b r o u g h t t o a

r e l a t i v e l y q u i e s c e n t s t a t e a n d g i v e n s u f f i c i e n t t i me , t h e o i l d r o p l e t s wi l l

c o a l e s c e a n d e v e n t u a l l y s e p a r a t e f r o m wa s t e wa t e r , f o r mi n g a c o n t i n u o u s

f l o a t i n g o i l l a y e r wh i c h ma y b e s k i mme d o f f . I n d e s i g n i n g a g r a v i t y

s e p a r a t o r , Be y c h o k [ 1 5 ] a u g me n t e d t h e AP I ma n u a l o n c e r t a i n p o i n t s b y g i v i n g

a n e x a mp l e o f a n AP I d e s i a n . F i g u r e 3 [ 1 6 ] s h o ws t h e e f f e c t o f d e t e n t i o nt i me o n o i l r e mo v a l b y g r a v i t y s e p a r a t i o n . T h i s f i g u r e s h o ws t h a t a d r a s t i cr e d u c t i o n o f o i l ( a p p r o x i ma t e l y 7 0 p e r c e n t ) c a n b e a c h i e v e d wi t h i n 4 0

mi n u t e s a n d t h a t n o a p p r e c i a b l e i mp r o v e me n t o f o i l r e mo v a l c a n b e s e e n a f t e r

t wo h o u r s o f d e t e n t i o n t i me .

Di s s o l v e d Ai r F l o t a t i o n Oi l - Wa t e r S e p a r a t i o n

Di s s o l v e d a i r f l o t a t i o n ( D AF ) d e v i c e s u t i l i z e t h e g r a v i t y s e p a r a t i o n

c o n c e p t f o r t h e r e mo v a l o f o i l a n d g r e a s e f r o m wa s t e wa t e r b u t t e n d t o b e

mo r e e f f e c t i v e t h a n AP I S e p a r a t o r s i n r e mo v i n g t h e d i s p e r s e d o i l mi x t u r e

b e c a u s e t h e b u o y a n c y d i f f e r e n t i a l i s e n h a n c e d b y i n d u c e d s ma l l a i r b u b b l e s .

Co a g u l a n t a i d s s u c h a s p o l y e l e c t r o l y t e s a r e c o mmo n l y u s e d t o p r o mo t ea g g l o me r a t i o n o f t h e o i l - b e a r i n g ma t t e r i n t o l a r g e f l o c s w h i c h a r e mo r e

e a s i l y r e mo v e d [ 1 7 ] . T h e DAF d e v i c e i s r e p o r t e d e f f e c t i v e i n p r o d u c i n g a n

e f f l u e n t wi t h 1 t o 2 0 mg / l o f o i l a n d g r e a s e [ 1 8 ] .

F i g u r e s 4 a n d 5 [ 1 9 ] s h o w o v e r s i mp l i f i e d s c h e ma t i c s o f D AF d e v i c e s wi t h

a n d wi t h o u t a r e c y c l i n g s y s t e m. I n F i g u r e 4 , t h e e n t i r e wa s t e s t r e a m i s

s a t u r a t e d wi t h a i r u n d e r p r e s s u r e , f o l l o we d b y t h e s u b s e q u e n t r e l e a s e o f t h e

p r e s s u r e a n d b u b b l e f o r ma t i o n a t t h e i n l e t t o t h e f l o t a t i o n c h a mb e r . T h i s

s c h e me c r e a t e s a ma x i mu m g a s s o l u t i o n a t a n y p a r t i c u l a r p r e s s u r e , t h e r e b y

a c h i e v i n g ma x i mu m b u b b l e c o n t a c t wi t h t h e o i l .

I n F i g u r e 5 , t h e r e c y c l i n g o p e r a t i o n c o n s i s t s o f p r e s s u r i n g a n d

d i s s o l v i n g a i r i n a r e c y c l e s t r e a m o f c l a r i f i e d e f f l u e n t . T h e p r e s s u r e i sr e l e a s e d wh e n t h e b u b b l e - c o n t a i n i n g r e c y c l i n g s t r e a m i s mi x e d wi t h t h e

u n t r e a t e d wa s t e wa t e r i n f l u e n t f l o w. A DAF d e v i c e wi t h a r e c y c l i n g s y s t e m

d o e s n o t d i s i n t e g r a t e t h e f o r me d f l o c b y t h e s h e a r i n g a c t i o n o f t h e p r e s s u r e

Ho we v e r , t h e r e c y c l i n g s y s t e m r e q u i r e s a l a r g e f l o t a t i o n c h a mb e r .

Th e DAF d e v i c e i s , i n g e n e r a l , c o mmo n l y u s e d i n r e f i n e r i e s t o e n h a n c e

o i l a n d s u s p e n d e d s o l i d s r e mo v a l . S o me o f t h e r e f i n e r i e s i n t h e Di s t r i c t s '

s e r v i c e a r e a a r e i n c r e a s i n g t h e n u mb e r o f D AF d e v i c e s t o a c h i e v e t h e

Di s t r i c t s ' i mp o s e d o i l a n d g r e a s e l i mi t o f 7 5 mg / l .

T h e u s e o f c h e mi c a l c o a g u l a n t s , s u c h a s a l u m o r i r o n s a l t s , h a s b e e n a n

i n t e g r a l p a r t o f t h e DAF p r o c e s s wh e r e e mu l s i o n b r e a k i n g i s n e c e s s a r y .

T h e s e c h e mi c a l s f u n c t i o n b y mo d i f y i n g t h e l i q u i d / l i q u i d a n d l i q u i d / a i rs u r f a c e p r o p e r t i e s . F o r i n s t a n c e , t h o s e c o a g u l a n t s s e r v e t o d e c r e a s e t h e

i n t e r f a c i a l t e n s i o n b e t we e n t h e d i s p e r s e d o i l p h a s e a n d t h e wa s t e wa t e r a n d

i n c r e a s e t h e i n t e r f a c i a l t e n s i o n b e t we e n t h e a i r b u b b l e r a n d t h e o i l p h a s e .

Co n s e q u e n t l y , t h e s e c h e mi c a l s a n d p h y s i c a l p h e n o me n a t e n d t o i n c r e a s e a i r

b u b b l e - o i l d r o p l e t a d h e s i o n . E n h a n c i n g t h i s a d h e s i o n ma y a l s o i n v o l v e

a c i d i f i c a t i o n a n d d e mu l s i f i c a t i o n . Wi t h a p r o p e r l y o p e r a t i n q DAF u n i t ,

r e f i n e r i e s c a n r e mo v e o i l a n d g r e a s e g l o b u l e s g r e a t e r t h a n 4 0 mi c r o n s [ 1 0 ] .

T h e s e c o a g u l a n t s g e n e r a l l y r e a c t a s f o l l o ws [ 2 0 ] :

6


7/15

F i g u r e s 6 a n d 7 [ 2 1 ] s h o w t h e e f f e c t s o f c o a g u l a n t c h e mi c a l s o n o i l a n d

g r e a s e r e mo v a l . T h e s e f i g u r e s i n d i c a t e t h a t t h e b e s t r e s u l t c a n b e o b t a i n e d

a t p H 8 . 5 , I n t h i s p a r t i c u l a r c a s e , t h e i n i t i a l c o n c e n t r a t i o n o f o i l a n d

g r e a s e wa s 2 0 0 mq / l . Al mo s t 1 0 0 p e r c e n t o f t h e o i l a n d g r e a s e w a s r e mo v e d

a t t h e a l u m d o s a g e o f 1 0 0 mg / l wh i l e a l mo s t 1 0 0 p e r c e n t o f t h e o i l a n dg r e a s e wa s r e mo v e d a t 5 0 mg / l o f d o s a g e o f f e r r i c s u l f a t e . I t i s a l s o n o t e dt h a t mo r e t h a n 8 5 p e r c e n t o f t h e o i l a n d g r e a s e wa s r e mo v e d wi t h o n l y

1 0 mg / l o f f e r r i c s u l f a t e a t p H 8 . 5 . As s e e n , p H i s a ma j o r c o n t r o l

p a r a me t e r f o r c o a g u l a t i o n a n d h i g h e r d o s a g e o f c o a g u l a n t i s n o t n e c e s s a r i l y

e f f e c t i v e i n o i l a n d g r e a s e r e mo v a l .

I n d u c e d Ai r F l o t a t i o n Oi l - Wa t e r S e p a r a t i o n

T h e WE MCO u n i t , o r WE MCO De p u l a t o r , i s a n e x a mp l e o f a n I n d u c e d Ai r

F l o t a t i o n ( I AF ) d e v i c e wh i c h i s o f t e n u s e d b y c r u d e o i l p r o d u c e r s a n d s o me

p e t r o l e u m r e f i n e r i e s . F i g u r e 8 [ 2 2 ] s h o ws t h e c r o s s s e c t i o n o f a n I A F u n i t .

T h e p r i n c i p l e o f t h e I AF i s t h a t a n i n t i ma t e mi x t u r e o f a i r a n d mi n e r a l -

l a d e n l i q u i d i s f o r c e d t h r o u g h n o z z l e s wh i c h p r o v i d e t h e s e p a r a t i n g a c t i o n

n e c e s s a r y t o c r e a t e mi l l i o n s o f b u b b l e s . T h e b u b b l e s a r e t h e n d i s s e mi n a t e d

t h r o u g h o u t t h e f l o t a t i o n c h a mb e r . Oi l a n d s u s p e n d e d s o l i d s a t t a c h e d t o t h e

a i r b u b b l e s a r e c a r r i e d t o t h e s u r f a c e o f t h e wa t e r w h e r e t h e y f o r m a f r o t h .

A s k i mme r p a d d l e s we e p s t h e o i l a n d s o l i d s - l a d e n f r o t h i n t o a n o v e r f l o w

c h a mb e r . S o me u n i t s u s e n i t r o g e n g a s o r n a t u r a l g a s d r a wn wi t h c r u d e o i l

i n s t e a d o f i n d u c t i o n o f a i r i n o r d e r t o e x c l u d e o x y g e n f r o m t h e WE MCO u n i t .

Mi t t e l h a u s e r Co r p o r a t i o n i n Be r k e l e y , Ca l i f o r n i a r e p o r t e d t h a t I AF a n d DAF

u n i t s f o l l o wi n g a p r o p e r l y d e s i g n e d AP I s e p a r a t o r c a n a c h i e v e 9 5 a n d 9 8

p e r c e n t o i l a n d g r e a s e r e mo v a l , r e s p e c t i v e l y .

Ul t r a f i l t r a t i o n Re mo v a l o f O i l a n d Gr e a s e

Ca r b o n a d s o r p t i o n o r me mb r a n e f i l t r a t i o n u s i n g r e s e r v e o s mo s i s

t r e a t me n t i s v e r y e f f e c t i v e t o r e mo v e d i s s o l v e d a n d e mu l s i f i e d o i l s [ 2 3 ] .

T h e c o n c e p t o f u l t r a f i l t r a t i o n i s b a s e d o n t h e s i e v i n g a c t i o n o f a me mb r a n e

r e t a i n i n g mo l e c u l e s l a r g e r t h a n t h e me mb r a n e p o r e s . Re v e r s e o s mo s i s u s e s a

s e mi p e r me a b l e me mb r a n e t o f i l t e r d i s s o l v e d ma t t e r u s i n g v e r y h i g h p r e s s u r e s ;

a n e x t r e me l y h i g h q u a l i t y f e e d i s r e q u i r e d f o r t h e e f f i c i e n t o p e r a t i o n o f

r e v e r s e o s mo s i s f a c i l i t i e s . T h e e f f l u e n t f r o m t h e s e o p e r a t i o n s c o n t a i n s

e s s e n t i a l l y n o o i l a n d g r e a s e . Ho we v e r d u e t o t h e l a r g e c a p i t a l a n d

o p e r a t i n g c o s t s a s s o c i a t e d wi t h t h e s e d e v i c e s , t h e y a r e u t i l i z e d v e r y

i n f r e q u e n t l y . I n t h e Di s t r i c t s ' s e r v i c e a r e a o n l y o n e r e f i n e r y h a s s u c h at r e a t me n t f a c i l i t y ( c a r b o n a d s o r p t i o n ) a n d t h i s p r o c e s s i s u s e d o n l y t o

t r e a t l i q h t l y c o n t a mi n a t e d r a i n wa t e r r u n o f f wh e n i t c a n n o t b e a c c o mmo d a t e d

b y o t h e r t r e a t me n t p r o c e d u r e s .


8/15

Bi o l o g i c a l T r e a t me n t

Bi o l o g i c a l t r e a t me n t i s g e n e r a l l y e f f e c t i v e i n d e g r a d i n g d i s s o l v e d o i l s

a n d o t h e r t y p e s o f s t a b i l i z e d e mu l s i o n s wh i c h c a n n o t b e d e s t a b i l i z e d b yc h e mi c a l c o a g u l a n t s . Ho we v e r , a b i o l o g i c a l s y s t e m i s o n l y e f f e c t i v e o nh i g h l y d i l u t e o i l - c o n t a mi n a t e d wa s t e wa t e r s b e c a u s e mi n e r a l - b a s e d o i l s a r e

a d s o r b e d b y t h e mi c r o o r g a n i s ms f a s t e r t h a n t h e y c a n b e me t a b o l i z e d . I n

a c t i v a t e d s l u d g e s y s t e ms , t h e a d s o r b e d o i l t e n d s t o d a ma g e s l u d g e s e t t l i n g

c h a r a c t e r i s t i c s a n d c a u s e s y s t e m f a i l u r e [ 2 0 ] . I t h a s b e e n r e p o r t e d t h a t

b i o l o g i c a l o r g a n i s ms a r e e f f i c i e n t i n o x i d i z i n g d i s p e r s e d o r e mu l s i f i e d o i l ,

b u t l a r g e a mo u n t s o f f r e e o i l ( i n e x c e s s o f a p p r o x i ma t e l y 0 . 1 l b / l b ML S VS S )

mu s t

a r e a

m e e t

b e - a v o i d e d [ 2 4 ] [ 2 5 ] .

At p r e s e n t , t h e o i l p r o c e s s i n g i n d u s t r i e s i n t h e Di s t r i c t s ' s e r v i c e

h a v e n o t f o u n d i t n e c e s s a r y t o i n s t a l l b i o l o g i c a l t r e a t me n t s y s t e ms t o

t h e d i s c h a r g e l i mi t o f 7 5 mg / l l i mi t o f o i l a n d g r e a s e . Bi o l o g i c a l l y

t r e a t e d e f f l u e n t t y p i c a l l y c o n t a i n s l e s s t h a n 1 0 mg / l o f o i l a n d g r e a s e

[ 2 6 ] .

CON S EQ UEN CES O F I LLEG A L DI S CH ARGES O F O I LY WA S TES

T h e Di s t r i c t s ' o i l a n d g r e a s e d i s c h a r g e l i mi t f o r o i l p r o c e s s i n g

o p e r a t i o n s i s 7 5 mg / l , b a s e d o n t h e 5 0 3 A a n a l y s i s me t h o d . T h e EP A

p r e t r e a t me n t r e g u l a t i o n s f o r t h e p e t r o l e u m r e f i n i n g c a t e g o r y p r o v i d e f o r a n

o i l a n d g r e a s e d i s c h a r g e l i mi t o f 1 0 0 mg / l .

T h e Di s t r i c t s mo n i t o r i n d u s t r i a l wa s t e wa t e r d i s c h a r g e r s t h r o u g h t h r e e

s e p a r a t e me c h a n i s ms . T h e Di s t r i c t s e mp l o y I n d u s t r i a l Wa s t e I n s p e c t o r s w h o

c o n d u c t o n - s i t e i n s p e c t i o n s t o c o n f i r m c o mp l i a n c e wi t h t h e Di s t r i c t s '

Wa s t e wa t e r Or d i n a n c e a n d p e r mi t c o n d i t i o n s . I n s p e c t o r s f r e q u e n t l y c o l l e c tg r a b s a mp l e s i n c o n f u n c t i o n wi t h t h e s e i n s p e c t i o n s . Co mp o s i t e s a mp l e s a r e

c o l l e c t e d b y t h e Di s t r i c t s ' Mo n i t o r i n g Cr e ws . T h e s e s a mp l e s u s u a l l y c o n s i s t

o f s e v e r a l d i s c r e t e a l i g u o t s t a k e n o v e r a 2 4 - h o u r p e r i o d . I n a d d i t i o n ,

ma n y i n d u s t r i a l d i s c h a r g e r s a r e r e q u i r e d t o mo n i t o r t h e i r o wn wa s t e wa t e r a n d

r e p o r t t h e s e r e s u l t s t o t h e Di s t r i c t s .

T h e Di s t r i c t s ' e n f o r c e me n t p r o g r a m c o n s i s t s o f s e v e r a l a d mi n i s t r a t i v ep r o c e d u r e s . Th e s e i n c l u d e : ( 1 ) Wa r n i n g No t i c e , ( 2 ) No t i c e o f Vi o l a t i o n ,

( 3 ) F i n a l No t i c e o f Vi o l a t i o n a n d ( 4 ) Di s t r i c t At t o r n e y Co n f e r e n c e a n d

p o t e n t i a l c o u r t a c t i o n . T h e d i s t r i c t s ma y a l s o s u s p e n d a n I n d u s t r i a l

wa s t e wa t e r Di s c h a r g e P e r mi t wh e n s u c h a s u s p e n s i o n i s n e c e s s a r y t o s t o p a

d i s c h a r g e wh i c h p r e s e n t s a n i mp e n d i n g h a z a r d t o t h e l o c a l e n v i r o n me n t o r t o

t h e Di s t r i c t s ' s e we r a g e s y s t e m.

8


9/15

R E F E R E N C E S

1 . L e f f l e r , Wi l l i a m L . P e t r o l e u m R e f i n i n g . T u l s a , OK: P e n n We l l

P u b l i s h i n g Co mp a n y , ( 1 9 7 9 ) , 3 2 - 3 7 .

2 . T h e P e t r o l e u m Ha n d b o o k . L o n d o n : S h e l l I n t e r n a t i o n a l P e t r o l e u m

Co mp a n y , L t d . ( 1 9 6 6 ) 6 0 - 6 1 .

3 . S t a n d a r d Me t h o d s f o r t h e Ex a mi n a t i o n o f Wa t e r a n d Wa s t e wa t e r , XVI .

Wa s h i n g t o n , DC: Ame r i c a n P u b l i c He a l t h As s o c i a t i o n , 1 9 8 5 .

4 . Ma n n i n g , F r a n c i s S . a n d Er i c H. S n i d e r . E n v i r o n me n t a l As s e s s me n t Da t a

Ba s e f o r P e t r o l e u m Re f i n i n g Wa s t e wa t e r s a n d Re s i d u a l s .

Wa s h i n g t o n : U. S . De p a r t me n t o f Co mme r c e , F e b r u a r y 1 9 8 3 .

5 . S u m, P a u l T . Me a s u r e me n t s o f Oi l a n d Gr e a s e i n Re f i n e r y Wa s t e wa t e r s

a n d T h e i r I mp l i c a t i o n s i n Me e t i n g P r e t r e a t me n t Di s c h a r g e L i mi t s .

S h e l l De v e l o p me n t Co mp a n y , Au g u s t 1 9 8 6 .

6 . " Ge n e r a l P r e t r e a t me n t Re g u l a t i o n s f o r E x i s t i n g a n d Ne w S o u r c e s . "

Wa s h i n g t o n : U. S . E n v i r o n me n t a l P r o t e c t i o n Ag e n c y , 4 0 CF R 1 2 5 a n d

3 0 2 , P r o mu l g a t e d J a n u a r y 2 8 , 1 9 8 1 .

7. " Co d e o f F e d e r a l Re g u l a t i o n s , P r o t e c t i o n o f E n v i r o n me n t , " Wa s h i n g t o n :

U. S . E n v i r o n me n t a l P r o t e c t i o n Ag e n c y , 4 0 C F R 1 0 0 t o 1 4 9 , ( R e v i s e d

J u l y 1 , 1 9 8 5 ) , 2 4 3 - 2 6 0 .

8. Rh e e , C. H. , L . D. Ro s e , R. B. Ba i r d a n d J . G. Kr e me r . " Co n t r o l o f

Ma l o d o r o u s S u l f u r Co mp o u n d s i n Pe t r o l e u m Re f i n e r y Wa s t e wa t e r , "

P r o c e e d i n g s o f t h e I n d u s t r i a l Wa s t e S y mp o s i a , 5 6 t h An n u a l

Co n f e r e n c e , Wa t e r P o l l u t i o n Co n t r o l F e d e r a t i o n , 1 9 8 3 .

9 . Ma n u a l o n Di s p o s a l o f Re f i n i n g Wa s t e s . Ame r i c a n Pe t r o l e u m I n s t i t u t e

1 0 . Ma n n i n g , F r a n c i s S . a n d Er i c H. S n i d e r . As s e s s me n t Da t a Ba s e f o r

P e t r o l e u m Re f i n i n g Wa s t e wa t e r a n d Re s i d u e s . Wa s h i n g t o n : U. S .

De p a r t me n t o f Co mme r c e , NT I S ( F e b r u a r y 1 9 8 3 ) , 94-101.

11. P a t t e r s o n , J a me s W. I n d u s t r i a l Wa s t e wa t e r T r e a t me n t T e c h n o l o g y .

S t o n e h a m, MA: Bu t t e r wo r t h P u b l i s h e r s , I n c . , S e c o n d E d i t i o n

(1985), 273.

12. Ma n u a l o n Di s p o s a l o f R e f i n i n g Wa s t e s . Ame r i c a n P e t r o l e u m I n s t i t u t e ,

C h a p t e r 5 (1969), 5-3.

13. I n o u e , Ko t a n i a n d F u z i y a ma . E n c y c l o p e d i a o f S c i e n c e a n d Ch e mi s t r y .

T o k y o : I wa n a mi P u b l i s h i n g Co mp a n y (1953), 1186.

9


10/15

1 4 .

15.

16.

17.

18.

1 9 .

20.

21.

22.

23.

24.

25.

26 .

Me t c a l f a n d Ed d y I n c . Wa s t e wa t e r E n g i n e e r i n g . B o s t o n , MA: Mc Gr a w

Hi l l P u b l i s h i n g Co mp a n y (1972), 284.

Be y c h o k , Mi l t o n R. Aq u e o u s Wa s t e s f r o m P e t r o l e u m a n d P e t r o c h e mi c a l

P l a n t s . L o n d o n : J o h n Wi l e y & S o n s ( 1 9 6 7 ) 2 2 5 - 2 3 6

P a t t e r s o n , J a me s W. I n d u s t r i a l Wa s t e wa t e r T r e a t me n t . S t o n e h a m, MA:

B u t t e r w o r t h P u b l i s h e r s , I n c . (1985), 277-281.

Ma n u a l o n Di s p o s a l o f Re f i n i n g Wa s t e s . Ame r i c a n P e t r o l e u m Institue,

(1969) Ch, a p t e r 9 .

Ch u r c h i l l , R. " Ai r F l o t a t i o n T e c h n i q u e s f o r Oi l Wa t e r T r e a t me n t , "

E n g i n e e r i n g S c i e n c e , I n c . , Ap r i l 1974.

Wa s t e wa t e r T r e a t me n t P l a n t De s i g n . Wa s h i n g t o n : J o i n t Co mmi t t e e o f

WP C F a n d AS CE , Wa s h i n g t o n , DC (1982), p 1 5 1 - 1 5 8

T a b a k i a n , R i c h a r d B. , Ri c h a r d T r a t t n e r a n d Pa u l N. Ch e r e mi s i n o f f ." Oi l / Wa t e r S e p a r a t i o n Te c h n o l o g y : T h e Op t i o n s A v a i l a b l e , " P a r t 2 .

Wa t e r a n d S e wa g e Wo r k s , Au g u s t 1978.

Ma n n i n g , F r a n c i s S . a n d Er i c H. S n i d e r . E n v i r n o me n t a l As s e s s me n t Da t a

Ba s e f o r P e t r o l e u m Re f i n i n g Wa s t e wa t e r a n d Re s i d u a l s , Wa s h i n g t o n :

U. S . De p a r t me n t o f C o mme r c e , F e b r u a r y 1983.

We mc o No z z l e A i r Hy d r o c l e a n e r Ca t a l o g u e , WE MCO Di v i s i o n o f E n v i r o t e c h ,

Ma y 1982.

Go l d s mi t h , R. a n d S . Ho s s i a n . Ul t r a f i l t r a t i o n Co n c e p t f o r S e p a r a t i n g

Oi l f r o m Wa t e r . Wa s h i n g t o n : U. S . C o a s t Gu a r d , J a n u a r y 1973.

F o r d , Da v i s L a n d Ri c h a r d L. E l t o n . " R e mo v a l o f O i l a n d Gr e a s e f r o m

I n d u s t r i a l Wa s t e wa t e r s , " Ch e mi c a l E n g i n e e r i n g / D e s k Bo o k I s s u e ,

Oc t o b e r 1 7 , 1977.

" T r e a t a b i l i t y o f O i l a n d Gr e a s e D i s c h a r g e d t o P u b l i c l y Own e d Tr e a t me n t

Wo r k s . " Wa s h i n g t o n : U. S . E n v i r o n me n t a l P r o t e c t i o n Ag e n c y ,

4 4 0 / l - 7 5 / 0 6 6 , Ap r i l 1975.

Ma n u a l o n Di s p o s a l o f Re f i n e r y Wa s t e s . Ame r i c a n P e t r o l e u m I n s t i t u t e

( 1 9 6 9 ) C, h a p t e r 1 3 .

1 0


11/15

SOLUBLE OIL EMULSIFIED OlL DISPERSED OIL FREE OIL

FIGURE 2 / CLASSIFICATION AND SIZE RANGE OF OIL DROPLETS

1 1


12/15

01020

304 0

5 060

70

8 0

FIGURE 3 / EFFECT OF DETENTION TIME ON OIL REMOVALBY GRAVITY SEPARATION

1 2


13/15

1 3


14/15

1 0 0

9 0

8 0

7 0

6 0

5 0

4 0

3 0

2 0

1 0

0

FERRIC SULFATE DOSE (mg/l)

FIGURE 7 / OIL AND GREASE REDUCTION WITH Fe2(S04)3

WASTEWATER

FIGURE 8 / CROSS SECTION OF INDUCED AIR FLOTATION UNIT

1 4


15/15

Dr . He r b e r t S c h o t t

Un i o n S a n i t a r y Di s t r i c t

THE DI SCHARGE OF OI LY WASTE WATER

TO TREATMENT PLANTS

T h e d i s c h a r g e o f wa s t e wa t e r - s c o n t a i n i n g f a t s , o i l s a n d g r e a s e s ( F OG' s )

t o t h e s e we r s y s t e m i s r e g u l a t e d b y mo s t t r e a t me n t p l a n t s . I n s e t t i n g

d i s c h a r g e l i mi t s f o r t h e s e t y p e s o f ma t e r i a l s , a d i s t i n c t i o n i s g e n e r a l l y

ma d e b e t we e n t h o s e ma t e r i a l s o f b i o l o g i c a l o r i g i n ( a n i ma l f a t s , v e g e t a b l e

o i l s , e t c . ) , wh i c h g e n e r a l l y r e s u l t f r o m t h e p r o c e s s i n g o f f o o d s , a n d t h o s eo f a mi n e r a l o r i g i n ( h y d r o c a r b o n s o l v e n t s , g a s o l i n e , l u b e o i l s , p a r a f f i n s ,

e t c . ) , wh i c h g e n e r a l l y r e s u l t f r o m i n d u s t r i a l ma n u f a c t u r i n g p r o c e s s e s . S i n c e

t h e b i o d e g r a d a b i l i t y o f t h e h y d r o c a r b o n t y p e wa s t e s f r o m i n d u s t r i a l s o u r c e s ,

s e r v i c e s t a t i o n s a n d v e h i c l e wa s h a r e a s , i s l e s s t h a n t h a t f o r t h e ma t e r i a l

r e s u l t i n g f r o m f o o d p r o c e s s i n g o p e r a t i o n s , t h e l i mi t s s e t b y a g e n c i e s a r e

u s u a l l y mo r e s t r i n g e n t f o r t h e h y d r o c a r b o n o r p e t r o l e u m d e r i v e d ma t e r i a l . F o re x a mp l e , t h e l i mi t s s e t b y t h e Un i o n S a n i t a r y Di s t r i c t i n F r e mo n t , wh i c h a r e

t y p i c a l o f t h o s e a r o u n d t h e S a n F r a n c i s t o Ba y Ar e a , a l l o w t h e d i s c h a r g e o f

3 0 0 mg / l o f F OG' s f r o m b i o l o g i c a l s o u r c e s , wh i l e t h e h y d r o c a r b o n FOG' s a r e

r e g u l a t e d t o a 1 0 0 mg / l l i mi t .

T h e t e s t i n g f o r t h e o i l a n d g r e a s e c o n t e n t o f a wa s t e wa t e r i s u s u a l l y

p e r f o r me d u s i n g e i t h e r f r e o n o r h e x a n e a s a n e x t r a c t i n g s o l v e n t i n a c c o r d a n c e

wi t h EP A a p p r o v e d p r o c e d u r e s . Ab s o r p t i o n o n a s i l i c a g e l c o l u mn o f t h e mo r e

p o l a r b i o l o g i c a l F OG' s i s g e n e r a l l y u s e d t o d e t e r mi n e t h e p e r c e n t o f t h e

h y d r o c a r b o n f r a c t i o n o f t h e e x t r a c t e d f a t s , o i l a n d g r e a s e s i n t h e wa s t e wa t e r

s a mp l e .

T h e c o n t r o l o f F OG' s o f b i o l o g i c a l o r i g i n , wh i c h i s i mp o r t a n t d u e t o t h e

l a r g e n u mb e r o f s o u r c e s ( p r i ma r i l y r e s t a u r a n t s ) p r e s e n t i n a s e r v i c e a r e a , a n d

t h e i mp a c t t h e ma t e r i a l h a s o n c o l l e c t i o n s y s t e m ma i n t e n a n c e , i s a wh o l e s u b j e c t

b y i t s e l f , a n d t h e r e s t o f t h i s d i s c u s s i o n wi l l c o n c e n t r a t e o n d e a l i n g wi t h

p e t r o l e u m b a s e d o i l s .

T h e p r e s e n c e o f o i l y wa s t e s i n wa s t e wa t e r c a n b e i n s e v e r a l f o r ms . T h e

ma t e r i a l c a n e i t h e r b e i n a f r e e , e mu l s i f i e d o r d i s s o l v e d s t a t e . Of t h e t h r e e

f o r ms , t h e t r e a t me n t t o r e mo v e e i t h e r e mu l s i f i e d o r d i s s o l v e d o i l i s g e n e r a l l ymo r e c o mp l e x a n d e x p e n s i v e . I n ma n y i n s t a n c e s , c h e mi c a l s , s u c h a s d e t e r g e n t s

o r o t h e r s o l u b i l i z i n g a g e n t s , h a v e b e e n a d d e d t o i n d u c e t h e o i l t o r e ma i n i n

t h e e mu l s i f i e d f o r m a n d d r a s t i c s t e p s mu s t b e t a k e n t o b r e a k t h e e mu l s i o n

b e f o r e t h e o i l c a n s u c c e s s f u l l y b e r e mo v e d .

P r e t r e a t me n t f o r t h e r e mo v a l o f f r e e f l o a t i n g o i l i n wa s t e wa t e r s t r e a ms

i s u s u a l l y a c c o mp l i s h e d b y t a k i n g a d v a n t a g e o f t h e s p e c i f i c g r a v i t y d i f f e r e n c e

b e t we e n t h e o r g a n i c ma t e r i a l a n d wa t e r . T h e wa s t e s t r e a m o r wa s t e wa t e r b a t c h

i s d i s c h a r g e d i n t o a s e p a r a t o r u n i t wh e r e t h e wa t e r a n d o i l h a v e a c h a n c e t o

s e p a r a t e a n d t h e o i l i s g i v e n a n o p p o r t u n i t y t o f l o a t t o t h e s u r f a c e . Re mo v a l

o f t h e f l o a t i n g o i l i s t h e n a c c o mp l i s h e d t h r o u g h e i t h e r s k i mmi n g o r a l l o wi n g

i t t o d r a i n i n t o a wa s t e o i l h o l d i n g t a n k .

T h e mo s t f r e q u e n t l y u s e d t y p e o f s e p a r a t o r i s t h e AP I ( Ame r i c a n P e t r o l e u m

I n s t i t u t e ) t y p e , wh i c h c a n r e mo v e u p t o 6 0 t o 9 9 % o f t h e f r e e o i l i n a wa s t e

s t r e a m.

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removal of oil from separator

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