Πώς ο μεγαλύτερος Τεχνητός Υδροβιότοπος στον κόσμο «φιλτράρει» απόβλητα πετρελαιοπηγών

Η εξόρυξη και ανάκτηση πετρελαίου είναι μια κοστοβόρα και υψηλής τεχνικής δυσκολίας διαδικασία. Με την άντληση πετρελαίου, ένα μίγμα με αναλογία έως και 10:1 νερού προς πετρέλαιο έρχεται στην επιφάνεια, από το οποίο το πετρέλαιο διαχωρίζεται με μια σειρά φυσικοχημικών διεργασιών. Όπως γίνεται αντιληπτό, κατά τη διαδικασία αυτή παράγονται σε ημερήσια βάση πολύ μεγάλοι όγκοι υγρού αποβλήτου, του επονομαζόμενου νερού παραγωγής (ΝΠ). Το ΝΠ είναι ένα απόβλητο ρυπασμένο με πετρελαϊκούς υδρογονάνθρακες, για το οποίο απαιτείται κατάλληλη επεξεργασία πριν τη διάθεσή του σε έναν τελικό αποδέκτη, κάτι που αποτελεί μια από τις μεγαλύτερες τεχνικές προκλήσεις λόγω των τοξικών και ανόργανων ρύπων σε αυτό. Στη βιομηχανία πετρελαίου και φυσικού αερίου, το ΝΠ αντιπροσωπεύει ένα πολύ σημαντικό κόστος στην όλη εκμετάλλευση των αποθεμάτων πετρελαίου, η διαχείριση του οποίου επηρεάζει και το εκάστοτε κόστος παραγωγής πετρελαίου.

Η παραδοσιακή και ευρέως εφαρμοζόμενη μέθοδος διαχείρισης του ΝΠ είναι η επανέγχυσή του μέσω βαθιών πηγαδιών στους υπόγειους ταμιευτήρες πετρελαίου για διάφορους λόγους (πχ για τη διατήρηση της πίεσης). Η διάθεση αυτή σε βάθη που μπορεί να ξεπερνούν και τα 2 χλμ απαιτεί τεράστια ποσά ενέργειας, ενώ ενέχει και τον κίνδυνο ρύπανσης του υδροφόρου ορίζοντα. Διάφορες χημικές/μηχανικές μέθοδοι έχουν εφαρμοστεί για την επεξεργασία του ΝΠ, οι οποίες όμως χαρακτηρίζονται από υψηλό κόστος λειτουργίας και συντήρησης και συχνές βλάβες. Συνεπώς, στη βιομηχανία παραγωγής πετρελαίου και φυσικού αερίου υπάρχει η ανάγκη για νέες αξιόπιστες, οικονομικές αλλά και περιβαλλοντικές τεχνολογίες ώστε να αντικαταστήσουν τη μηχανική επεξεργασία και την επανέγχυση μέσω βαθιών πηγαδιών.

Τα τελευταία χρόνια, η πράσινη τεχνολογία των Τεχνητών Υγροβιότοπων (ΤΥ) εφαρμόζεται όλο και πιο συχνά για την επεξεργασία βιομηχανικών υγρών αποβλήτων, ως συνέχεια της αποδεδειγμένα υψηλής τους ικανότητας επεξεργασίας οικιακών και αστικών υγρών αποβλήτων. Η βιομηχανία πετρελαίου είναι ένας τομέας όπου η τεχνολογία των ΤΥ αναπτύσσεται σταδιακά, καθώς μπορεί να προσφέρει μια αποτελεσματική, οικονομική και οικολογική λύση στο πρόβλημα διαχείρισης του ΝΠ.

Ένα από τα χαρακτηριστικότερα παραδείγματα εφαρμογής των ΤΥ σε μεγάλη κλίμακα παγκοσμίως βρίσκεται στα νότια της αραβικής χερσονήσου στην περιοχή των πετρελαϊκών κοιτασμάτων της ερήμου του Ομάν, όπου κατασκευάστηκε και λειτουργεί από τη γερμανική εταιρεία Bauer μια από τις μεγαλύτερες εγκαταστάσεις ΤΥ στον κόσμο για την επεξεργασία ΝΠ. Η θερμοκρασία στην περιοχή αυτή της ερήμου μπορεί να ξεπεράσει το καλοκαίρι τους 50˚C κατά τη διάρκεια της ημέρας, ενώ τον χειμώνα μπορεί να πέσει και στους 5-6˚C τις νυχτερινές ώρες. Η πρώτη φάση αυτού του συστήματος ξεκίνησε το 2010 με την επεξεργασία 45.000 m³/ημέρα. Το 2015 η χωρητικότητα αυξήθηκε στα 115.000 m³/ημέρα (ή περίπου 700.000 βαρέλια/ημέρα), ενώ εντός του 2019 ολοκληρωνεται πλέον και η τρίτη φάση, που θα αυξήσει την χωρητικότητα στα 175.000 m³/ημέρα. Το τωρινό σύστημα ΤΥ καταλαμβάνει 3,6 εκατ. στρέμματα, έκταση ισοδύναμη με 640 γήπεδα ποδοσφαίρου, ενώ επιπλέον 1,2 εκατ. θα προστεθούν μέχρι το καλοκαίρι του 2019. Ο ΤΥ είναι φυτεμένος με 5 ενδημικά είδη καλαμιών, ενώ πάνω από 3 εκατ. ρίζες φυτεύθηκαν αρχικά. Το ΝΠ έχει συγκέντρωση υδρογονανθράκων που μπορεί να φθάσει και τα 1000 ppm. Το πρώτο στάδιο επεξεργασίας είναι ο διαχωρισμός και η ανάκτηση του περιεχομένου πετρελαίου με μονάδες υδροκυκλώνων, χωρίς χρήση ενέργειας ή χημικών. Μετά την ανάκτηση, το ΝΠ με υπολειπόμενη συγκέντρωση υδρογονανθράκων έως και 100 ppm οδηγείται βαρυτικά στις κλίνες του ΤΥ μέσω ενός μακριού καναλιού διανομής. Η τελική επεξεργασμένη εκροή του ΤΥ έχει σχεδόν μηδενική συγκέντρωση πετρελαίου (<0.5 mg/L) και διοχετεύεται πάλι βαρυτικά σε μια σειρά από λίμνες εξάτμισης με σκοπό τη συλλογή αλατιού, λόγω της υψηλής της αλατότητας του νερού, που μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε διάφορες άλλες βιομηχανικές διεργασίες πχ ως καταλύτης.

Το σύστημα αυτό έχει μειώσει σε πολύ μεγάλο βαθμό την ποσότητα του ρυπασμένου ΝΠ που επανεισάγεται στους υπόγειους ταμιευτήρες. Ολόκληρη η εγκατάσταση λειτουργεί με βαρυτική ροή, δηλαδή χωρίς χρήση αντλιών εκμεταλλευόμενη την υπάρχουσα πίεση στον αγωγό εισροής, με σχεδόν μηδενική κατανάλωση ενέργειας για τις διεργασίες επεξεργασίας και ελάχιστη κατανάλωση ορυκτών πόρων για τη λειτουργία της. Αυτό μεταφράζεται σε τεράστια εξοικονόμηση πόρων και κόστους, καθώς και σε εξίσου σημαντικά μειωμένες εκπομπές αερίων θερμοκηπίου (>99%) σε σύγκριση με την προηγούμενη πρακτική της επανέγχυσης μέσω βαθιών πηγαδιών. Το αποτέλεσμα αυτού του έργου είναι η σημαντική μείωση του περιβαλλοντικού αποτυπώματος ολόκληρου του πεδίου εξόρυξης πετρελαίου. Η εγκατάσταση αυτή εκτιμήθηκε ότι συμβάλλει από μόνη της κατά 4.3% στην Εθνικά Καθορισμένη Πρόθεση Συνεισφοράς του Ομάν για τη μείωση των εκπομπών αερίων θερμοκηπίου κατά 2%.

Οι τεχνητοί υγροβιότοποι με τα διαφορετικά είδη καλαμιών είναι πλέον μια πολυκαλλιέργεια που ενισχύει την ανθεκτικότητα και τη βιοποικιλότητα της περιοχής. Το σύστημα των υγροβιότοπων και των λιμνών δημιούργησε έναν νέο πολύτιμο βιότοπο στη μέση της ερήμου, που πλέον έχει ενσωματωθεί και αποτελεί αναπόσπαστο μέρος του τοπικού περιβάλλοντος. Είναι χαρακτηριστικό ότι την εγκατάσταση χρησιμοποιούν χιλιάδες μεταναστευτικά πουλιά για ανάπαυση κατά τη διάρκεια του ταξιδιού τους μεταξύ Ασίας και Αφρικής,ενώ πάνω από 120 διαφορετικά είδη πουλιών έχουν ήδη ταυτοποιηθεί. Μελέτες δε που έγιναν επιτόπου έδειξαν ότι η παρουσία του όλου συστήματος τεχνητών υγροβιότοπων μειώνει τη θερμοκρασία μέχρι και 10˚C σε μια απόσταση μέχρι και 500 μέτρα περιμετρικά της εγκατάστασης, αποδεικνύοντας ότι τα φυσικά συστήματα επεξεργασίας έχουν θετική επίδραση και στο μικροκλίμα της περιοχής όπου κατασκευάζονται.

Στο πλαίσιο της περαιτέρω ανάδειξης της εγκατάστασης αυτής ως ένα πρότυπο κυκλικής οικονομίας, εφαρμόζεται επίσης και επαναχρησιμοποίηση της επεξεργασμένης εκροής τοπικά για άρδευση καλλιεργειών. Η συνολικά αρδευόμενη έκταση ανέρχεται σε πρώτη φάση στα 220.000 στρέμματα, με πάνω από 40.000 φυτά, με απώτερο σκοπό όλη η εκροή να χρησιμοποιηθεί για άρδευση σταδιακά αντί των λιμνών εξάτμισης. Διαφορετικά είδη φυτών ανθεκτικών σε αλατότητα εξετάζονται ως προς την ικανότητα ανάπτυξης υπό τις δεδομένες συνθήκες (κλίμα της ερήμου, νερό με σχετικά υψηλή αλατότητα). Βασικό κριτήριο είναι είναι η δυνατότητα εμπορικής αξιοποίησης του τελικού προϊόντος από τα φυτά, πχ. για την παραγωγή ξύλου και κεριού μελιού, για χρήση ως ανεμοφράχτες, παραγωγή φαρμάκων (ακακίες, καζουαρίνα, ευκάλυπτοι), παραγωγή χόρτων κτηνοτροφίας, βαμβάκι (κλωστοϋφαντουργία) καθώς και παραγωγή βιοκαυσίμων, όπως κόμμι γκουάρ, καστορέλαιο (ελαιοκράμβη, καστορόδεντρα, αρμυρίθρες). Την ίδια στιγμή, η βιομάζα που παράγεται από τα καλάμια χρησιμοποιείται ήδη για την παραγωγή κομπόστ, που αξιοποιείται στο αρδευτικό πεδίο, κλείνοντας έτσι τον κύκλο παραγωγής και διάθεσης αποβλήτων κάθε είδους σε όλη την εγκατάσταση.

Η συνολική επίδοση του συστήματος αυτού επιβεβαιώνει εμφατικά τον βιώσιμο χαρακτήρα αυτής της πράσινης τεχνολογίας. Η οικολογική αυτή μέθοδος επεξεργασίας αποτελεί πρότυπο βιομηχανικής οικολογίας και κυκλικής οικονομίας, ενός μοντέλου ανάπτυξης όπου ελαχιστοποιείται η παραγωγή αποβλήτων και μεγιστοποιείται η προστιθέμενη αξία από την αξιοποίηση όλων των παραπροϊόντων. Η τεχνική και περιβαλλοντική επίδοση της εγκατάστασης αυτής την έχει καταστήσει σημείο αναφοράς για τον τομέα πετρελαίου και φυσικού αερίου και την παγκόσμια περιβαλλοντική κοινότητα. Μεταξύ των βραβείων που έχουν απονεμηθεί στο έργο είναι και το Global Water Award το 2011 από τον πρώην ΓΓ του ΟΗΕ Κόφι Ανάν.

Το υψηλής ενεργειακής αποδοτικότητας και εξαιρετικά αξιόπιστο σύστημα ΤΥ στο Ομάν παρέχει μια καθαρή τελική εκροή, ενώ μετέτρεψε την προηγούμενη ξηρή και άνυδρη έρημο σε ένα νέο οικοσύστημα. Η εγκατάσταση αυτή αποδεικνύει με τον πιο εμφατικό τρόπο ότι τα φυσικά συστήματα επεξεργασίας μπορούν να χρησιμοποιηθούν ακόμη και για τις πιο απαιτητικές βιομηχανικές εκροές. Αξίζει να σημειωθεί ότι η τεχνολογία των Τεχνητών Υγροβιότοπων μπορεί κάλλιστα να εφαρμοστεί και στην Ελλάδα, όπου το κλίμα είναι επίσης ιδιαίτερα ευνοϊκό, δίνοντας μια οικονομική και οικολογική λύση στο πρόβλημα της επεξεργασίας και διαχείρισης αστικών αποβλήτων και όχι μόνο σε μικρομεσαίους, απομακρυσμένους, ορεινούς, νησιωτικούς και άλλους οικισμούς.

*Δρ Αλέξανδρος Στεφανάκης 
Μηχανικός Περιβάλλοντος, M.Sc. Ph.D.
Bauer Nimr LLC, Muscat, Oman
Bauer Resources GmbH, Schrobenhausen, Germany
German University of Technology, Muscat, Oman