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Alireza BahadoriSchool of Environment, Science and EngineeringSouthern Cross UniversityEast Lismore, NSWAustralia

ISBN 978-3-319-01233-9 ISBN 978-3-319-01234-6 (eBook)DOI 10.1007/978-3-319-01234-6Springer Cham Heidelberg New York Dordrecht London

Library of Congress Control Number: 2013946885

Springer International Publishing Switzerland 2014This work is subject to copyright. All rights are reserved by the Publisher, whether the whole or part of the material is concerned, specifically the rights of translation, reprinting, reuse of illustrations,recitation, broadcasting, reproduction on microfilms or in any other physical way, and transmission orinformation storage and retrieval, electronic adaptation, computer software, or by similar or dissimilar

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Preface

The increasing energy demand over the past decades has resulted in a corre-sponding growth and expansion in the refining and processing of crude petroleum,

natural gas, and many other chemical industries. The proliferation of refineries andchemical plants, combined with the increasingly stringent quality requirements foreffluents discharged from these facilities, has underscored the need for perfectingexisting pollution control technology and developing improved approaches forminimizing the pollution potential in this sector.

Exploration and production of natural gas and oil are rapidly expanding acrossthe world due to technological developments that have made extraction of pre-viously untapped unconventional resources, such as shale gas, economically fea-sible. In part due to expansion of operations to locations where the industry has

never been active, emissions of air pollutants, along with other potential envi-ronmental and public health impacts, have come under increasing scrutiny.Industries and municipalities account for the largest portion of waste discharges

that occur. Industries discharge an enormous variety of materials which include thelargest volume of waste and the most toxic of pollutants. Environmental control isa very complex science. The trend is to move in the direction of pollutionavoidance rather than control.

This will add a tremendous cost to industrial budget. The public has toleratedpollution until recently, but the condition has increased to the point that many may

suffer or even die because of it especially in developing countries.In this book monitoring of wastewater control, equipment, and engineeringtechniques will be discussed. This book specification is intended to cover thesafety and environmental control aspects as the essential requirements for waterpollution control in oil, gas and chemical plants. The scope is accomplished underfollowing titles:

• Refinery, gas processing industries, petrochemical plants, and oil terminal waterpollution control.

• Chemical industries, water pollution sources and control.

• Organic chemical manufacturing.• Monitoring.

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Cleaning up hydrocarbon-based liquids and refined products release frompipelines, oil production units, pumping station, tank farms, and drilling operationin upstream part and other pollutants from oil and petrochemical refineries andabove ground/underground storage tanks in downstream part of both petroleum

and chemical industries, typically involves using several corrective actions andstrategies. Short-term emergency measures may involve imminent actions tocontrol acute safety and health hazards such as potential explosion and toxication.After the imminent danger has been eliminated, longer term corrective actionsinvolve cleaning up pollutants that have entered the surface and subsurfaceenvironment.

In this book the following matter of Soil Pollution Control is discussed:

• To provide authorities concerned on how to assess site conditions in theunsaturated zone and where a petroleum product release has occurred, infor-mation needed to localize where in the unsaturated zone petroleum product islocated, and also the removal of petroleum products from the unsaturated zoneat a given site.

• To assess on the technologies designed specifically for clean-up of the saturatedzone.

• To provide a structural methodology for evaluation and potential consequencesof a leak in a pipeline. The methodology that is intended to assist pipelineoperators in assessing the need to install pipeline leak detection facilities, and anoverview of available pipeline leak detection techniques.

Petroleum products in the subsurface may be trapped between soil particles inthe unsaturated zone, floating on the water table or dissolved in ground water in thesaturated zone. The focus of this book is on long-term strategies for cleaning uppetroleum products in unsaturated or saturated zones. When the spill occurs somekind of soil clean-up is typically necessary.

Air pollution is waste remaining from the many ways as production of goods,process of hydrocarbon and petrochemicals, use of transport, and generation of energy to heat and light. The major cause of all air pollution is combustion. When

perfect or theoretical combustion occurs, the hydrogen and carbon in the fuelcombine with oxygen from the air to produce heat, light, carbon dioxide, and watervapor. Impurities in the fuel, poor fuel-to-air ratio, or too high or too low com-bustion temperatures cause the formation of such side products as carbon mon-oxide, sulfur oxides, nitrogen oxides, fly ash, and unburned hydrocarbons. In thisbook, methods of reducing air pollution and means to decrease the pollution of theenvironment is discussed.

This book represents the essential requirements for air pollution control andcovers the following main topics:

• Pollution sources• Types of emission• Measurement of air pollution• Consideration in the selection of the pollution control equipment

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• Process control• Threshold limit values (TLV).

The effects of air pollution on human health, on plants and animals are well

known. To ensure that all important methods of emission reduction have beenconsidered, this book is prepared to provide information which will be of values toall concerned with measurements of general pollution of the air and involved inreducing to a realistic minimum the emission from industrial processes. It is anadvantage that there are accepted methods for the measurement so that a soundcomparison of all results could be made.

Due to the various adverse impacts of noise on humans and environment, noiseshould be controlled. The technique or the combination of techniques to beemployed for noise control depend upon the extent of the noise reduction required,nature of the equipment used, and the economy aspects of the available techniques.

This book provides new insights and information with regard to reduction in thenoise exposure time or isolation of species from the noise sources. It covers noisepollution control techniques besides providing personal ear protection, engineeredcontrol for noise reduction at source, and/or diversion in the trajectory of soundwaves.

Last but not least I would like to sincerely thank the Springer Editorial Team,Michael Luby and Merry Stuber, for their editorial assistance, advices and supportduring working on this book project.

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Contents

1 Air Pollution Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.1 Air Pollution Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.2 Clean Air . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.3 Pollution Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.4 Types of Emissions in Petroleum Industries . . . . . . . . . . . . . . 4

1.4.1 Refinery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.4.2 Atmospheric Pollution in Refineries . . . . . . . . . . . . . . 41.4.3 Vacuum Distillation Emission Sources . . . . . . . . . . . . 91.4.4 Catalytic Cracking Emission Sources . . . . . . . . . . . . . 101.4.5 Thermal Cracking Emission Sources . . . . . . . . . . . . . 101.4.6 Blowdown System Emission Sources . . . . . . . . . . . . . 11

1.4.7 Process Heaters Emission Sources . . . . . . . . . . . . . . . 111.4.8 Compressor Engines Emission Sources . . . . . . . . . . . . 111.4.9 Sweetening Emission Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.4.10 Asphalt Blowing Emission Sources . . . . . . . . . . . . . . 121.4.11 Fugitive Emissions and Controls . . . . . . . . . . . . . . . . 121.4.12 Valves, Flanges, Seals, and Drains

Emission Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.4.13 Wastewater Treatment Plant Emission Sources . . . . . . 131.4.14 Cooling Towers Emission Sources . . . . . . . . . . . . . . . 13

1.4.15 Odors in Refineries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.4.16 Petrochemicals. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.5 Standard Level for Air Quality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1.5.1 Ambient Air Quality Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.5.2 Emission Standard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1.6 Process Control of Atmospheric Emissions . . . . . . . . . . . . . . . 171.6.1 Refineries Source of Atmospheric Emissions. . . . . . . . 171.6.2 Odor Control Methods for Refiner Purpose . . . . . . . . . 211.6.3 Petrochemical Processes Source

of Atmospheric Emissions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241.6.4 Acrylonitrile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241.6.5 Carbon Black . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261.6.6 Furnace Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

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1.6.7 Ethylene Dichloride . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281.6.8 Ethylene Oxide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301.6.9 Oxidation of Ethylene. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301.6.10 Air Pollutant Emissions and Their Control . . . . . . . . . 32

1.6.11 Formaldehyde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321.6.12 Phthalic Anhydride. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331.6.13 Fertilizer Industries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351.6.14 Crude Oil Terminals Air Pollutants . . . . . . . . . . . . . . 351.6.15 Hydrocarbons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

1.7 Classification of Common Gases in Chemical Industries. . . . . . 371.7.1 Threshold Limit Values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371.7.2 Methane, CH4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401.7.3 Carbon Dioxide, CO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

1.7.4 Carbon Monoxide, CO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411.7.5 Sulfur Dioxide, SO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441.7.6 Oxides of Nitrogen, NOx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471.7.7 Hydrogen Sulfide, H2S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 501.7.8 Hydrogen, H2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 511.7.9 Radon, Rn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

1.8 Gas Mixtures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 511.8.1 Threshold Limit Values for Gas Mixtures . . . . . . . . . . 511.8.2 Excursion Limits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

1.8.3 ‘‘Skin’’ Notation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 571.8.4 Simple Asphyxiants -‘‘Inert’’ Gases of Vapors. . . . . . . 591.8.5 Biological Exposure Indices (BEIs) . . . . . . . . . . . . . . 591.8.6 Physical Factors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 591.8.7 Unlisted Substances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 601.8.8 Particulates Not Otherwise Classified . . . . . . . . . . . . . 60

1.9 Measurements of General Pollution of the Air. . . . . . . . . . . . . 611.10 Site and Process Measurement of Air Pollution . . . . . . . . . . . . 61

1.10.1 Fixed-Type Measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

1.10.2 Portable-Type Measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 621.10.3 Hydrocarbon Gas Detection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 631.10.4 CO2, CO and O2 Measurements. . . . . . . . . . . . . . . . . 64

1.11 Sampling and Calibration of Gaseous Pollutants . . . . . . . . . . . 651.12 Adsorption Sampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 651.13 Bubblers and Impingers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 661.14 Cryogenic Sampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 671.15 Hydrocarbon and Carbon Dioxide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 681.16 Gas Chromatography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 691.17 Sulfur Compounds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 701.18 Sampling of Particulate Matter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 711.19 Inductively Coupled Argon Plasma Emission Spectroscopy. . . . 711.20 Particulate Removal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

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1.20.1 Mechanical Collector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 721.20.2 Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

1.21 Recirculating Baffle Collector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 731.22 High-Efficiency Cyclones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

1.23 Fabric Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 741.23.1 Fibrous Filter Separators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

1.24 Wet Scrubbers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 751.24.1 Bubble Washers or Packed Bed Scrubbers . . . . . . . . . 75

1.25 Spray Washers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 761.25.1 Water Cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

1.26 Restricted Flow Scrubbers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 771.27 Electric Precipitators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 771.28 Equipment for Gaseous Waste Disposal . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

1.28.1 Dispersion with Stacks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 791.28.2 Absorption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 791.28.3 Packed Columns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 791.28.4 Plate Columns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

1.29 Gas Solid Absorption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 811.30 Condensation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 821.31 Combustion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

1.31.1 Direct Flame . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 821.31.2 Thermal Incineration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

1.31.3 Catalytic Incineration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 821.32 Selection of Blowdown Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 841.32.1 Blowdown System for Vapor Relief Stream . . . . . . . . 841.32.2 Vapor Discharge to Atmosphere . . . . . . . . . . . . . . . . 841.32.3 Vapor Discharge to Lower-Pressure Process

Vessel or System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 851.32.4 Vapor Discharge to Closed Pressure Relief

System and Flare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 851.33 Acid Gas Flare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

1.34 Design of Disposal System Components . . . . . . . . . . . . . . . . . 861.34.1 Piping. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 871.34.2 Drainage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 871.34.3 Details . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

1.35 Quench Drum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 891.35.1 Details . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

1.36 Sizing Knockout Drum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 911.37 Flares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

1.37.1 Sizing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 961.37.2 Design Details . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

1.38 Sample Flare Design Calculations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 991.38.1 Flare Tip Diameter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

1.39 Organic Emissions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

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1.40 Process Fugitives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1031.41 Total VOC Estimation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

1.41.1 Total VOC Emission Estimation Methodologies . . . . . 1051.41.2 Necessary Data for Estimating VOC Emissions . . . . . . 105

1.42 Correlation Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1051.43 Leak/No-Leak Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1081.44 Average Emission Factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

1.44.1 Example Calculation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1121.45 Speciation of VOC Estimates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

1.45.1 Speciation Based on Process Stream Composition . . . . 1131.45.2 Speciation Using Developed Weight Fraction Data . . . 113

1.46 Process Fugitive Controls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1141.46.1 Equipment Modifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

2 Water Pollution Control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1192.1 Wastewater Characteristics and Classifications . . . . . . . . . . . . 120

2.1.1 Water Free of Oil and Organic Material . . . . . . . . . . . 1202.1.2 Water Accidentally Contaminated with Oil . . . . . . . . . 1212.1.3 Water Continuously Contaminated with Oil

but with Soluble Organic Material . . . . . . . . . . . . . . . 1212.1.4 Process Water . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1212.1.5 Sanitary and Domestic Water . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

2.2 Water Pollution Terminals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1222.2.1 Wastewater Pollutant Sources Crude Oil Terminal . . . . 1222.2.2 Product Terminal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

2.3 Design Procedure for Effluent Water Pollution Control . . . . . . 1232.4 Spill Prevention and Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

2.4.1 Spill Prevention Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1232.4.2 Bulk Storage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1242.4.3 Facility Drainage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

2.5 Groundwater Pollution Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

2.5.1 Preventive Measures. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1252.5.2 Types of Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1252.6 Wastewater Pollution Control in Crude Oil Terminal . . . . . . . . 126

2.6.1 Simple Gravity Separation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1272.6.2 Combination of Simple Gravity Separation Systems. . . 1272.6.3 Residual Suspended Matter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1272.6.4 Physical and Chemical Purification . . . . . . . . . . . . . . 1282.6.5 Biological Treatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1282.6.6 Spills . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

2.7 Siting and Design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1292.7.1 Aquatic Ecosystems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1292.7.2 Terrestrial Ecosystems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1302.7.3 Wetland Ecosystems. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

xii Contents

http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_1#Sec111http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_1#Sec112http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_1#Sec113http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_1#Sec114http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_1#Sec115http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_1#Sec116http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_1#Sec117http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_1#Sec118http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_1#Sec119http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_1#Sec120http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_1#Sec121http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_1#Sec122http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_1#Sec123http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec1http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec2http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec3http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec4http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec4http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec5http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec6http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec7http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec8http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec9http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec10http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec11http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec12http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec13http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec14http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec15http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec16http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec17http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec18http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec19http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec20http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec21http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec22http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec23http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec24http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec25http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec26http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec27http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec28http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec28http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec28http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec27http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec27http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec26http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec26http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec25http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec25http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec24http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec24http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec23http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec23http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec22http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec22http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec21http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec21http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec20http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec20http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec19http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec19http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec18http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec18http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec17http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec17http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec16http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec16http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec15http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec15http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec14http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec14http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec13http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec13http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec12http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec12http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec11http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec11http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec10http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec10http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec9http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec9http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec8http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec8http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec7http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec7http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec6http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec6http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec5http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec5http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec4http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec4http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec4http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec3http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec3http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec2http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-01234-6_2#Sec2http://dx.doi.org/10.1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2.7.4 Land Use . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1302.7.5 Water Pollution Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

2.8 Source of Effluent in Petrochemical Industry . . . . . . . . . . . . . 1312.8.1 Water Pollution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

2.8.2 Cooling Water . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1312.8.3 Washing Water and Process Water. . . . . . . . . . . . . . . 1312.8.4 Typical Pollutants of Petrochemical Industry. . . . . . . . 1332.8.5 Petrochemical Waste Treatment. . . . . . . . . . . . . . . . . 1332.8.6 Fertilizer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1332.8.7 Nitrogenous Fertilizers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1342.8.8 Phosphate Fertilizers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1352.8.9 Compound NPK (Nitrogen/Phosphorus/Potassium)

Fertilizers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

2.8.10 Effect of Pollution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1362.8.11 Nitrogen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1362.8.12 Ammoniacal Nitrogen and Urea. . . . . . . . . . . . . . . . . 1362.8.13 Nitrate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1372.8.14 Phosphate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1372.8.15 Minor Constituents. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1372.8.16 Olefin Plants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1372.8.17 Polymeric Plants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1392.8.18 Polyvinyl Chloride Plants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

2.8.19 Aromatic Plants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1402.9 Environmental Protection for Industrial Waste. . . . . . . . . . . . . 1412.10 Water Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

2.10.1 Design Considerations for a WaterMonitoring System. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142

2.11 On-site Portable Instruments for Water Pollution Control . . . . . 1452.11.1 Alternative Current Colorimeter. . . . . . . . . . . . . . . . . 1472.11.2 Calibration and Inspection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

2.12 Online Fixed Measurement or Continuous Monitoring . . . . . . . 147

2.12.1 Continuous Water Samplingand Clarification System. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1472.12.2 Calibration and Inspection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

2.13 Laboratory Instruments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1502.13.1 Collection and Preservation of Samples . . . . . . . . . . . 1502.13.2 Soil Water Sampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1512.13.3 Groundwater Sampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

2.14 Physical Examination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1522.14.1 Color . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1522.14.2 Conductivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

2.15 Turbidity. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1542.16 Determination of Metals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154

2.16.1 Atomic Absorption Spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . 154

Contents xiii

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2.17 Polarography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1552.17.1 Polarography Instrument . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

2.18 Chloride . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1562.19 Chlorine (Residual) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

2.20 Cyanide, Fluoride, and Iodide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1562.21 Nitrogen (Ammonia, Nitrate, Organic) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1572.22 Ozone. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1572.23 pH Value . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

2.23.1 Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1572.24 Phosphate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1572.25 Silica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1572.26 Sulfate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1572.27 Sulfide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

2.28 Determination of Organic Constituents . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1582.28.1 Grease and Oil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

2.29 Combustible Gas Indicator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1592.29.1 Combustible Gas Indicator Instrument . . . . . . . . . . . . 159

2.30 Organic Carbon (Total). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1592.30.1 Total Carbon Analyzer Instrument . . . . . . . . . . . . . . . 159

2.31 Oxygen Demand (Biochemical) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1592.32 Oxygen Demand (Chemical) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

2.32.1 COD Analyzer Instrument. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

2.33 Examination of Water and Wastewater Radioactivity . . . . . . . . 1602.33.1 Counting Room . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1602.33.2 Alpha Particle Counter Instrument . . . . . . . . . . . . . . . 1612.33.3 Beta-Particle Radioactivity Instrument . . . . . . . . . . . . 1612.33.4 Gamma-ray Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

2.34 Automated Laboratory Equipment for MonitoringWater and Wastewater . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

2.35 Loading Losses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1632.35.1 Total VOC Estimation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163

2.36 Emissions to Water . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1632.36.1 Point Source Discharge. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163

3 Soil Pollution Control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1673.1 Unsaturated Zone. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1683.2 Site Assessment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1683.3 Gathering Release Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1693.4 Gathering Contaminant-Specific Information . . . . . . . . . . . . . . 1723.5 Evaluating Contaminant Mobility. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1743.6 Technology Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

3.6.1 Soil Venting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1753.6.2 Biorestoration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1763.6.3 Soil Flushing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176

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3.6.4 Hydraulic Methods. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1773.6.5 Excavation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177

3.7 Saturated Zone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1783.8 Site Assessment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178

3.8.1 Gathering Contaminant-Specific Information . . . . . . . . 1783.8.2 Evaluating Contaminant Phase

in the Saturated Zone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1783.9 Evaluating Contaminant Mobility. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180

3.9.1 Mass of Dissolved and Sorbed Contaminantsin Groundwater . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181

3.9.2 Extent of Contaminant Plume . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1813.9.3 Mobility of Contamination in the Saturated Zone . . . . 182

3.10 Setting Remediation Goals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182

3.11 Technology Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1833.12 Containing NAPL and/or Dissolved Contaminant. . . . . . . . . . . 183

3.12.1 Trench Excavation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1833.12.2 Pumping Well Installation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1843.12.3 Recovery of Floating NAPL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1843.12.4 Treatment of Contaminants Dissolved

in Groundwater . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1853.13 Methodology for Pipeline Leak Consequence Evaluation . . . . . 186

3.13.1 Evaluation of Leak. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187

3.13.2 Potential Leak Rate and Leak Mass . . . . . . . . . . . . . . 1883.13.3 Environmental Consequence Factor . . . . . . . . . . . . . . 1913.14 Leak Detection Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194

3.14.1 Balancing of Mass Input Versus Output . . . . . . . . . . . 1973.14.2 Pressure and/or Flow Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1983.14.3 Monitoring of Characteristic Signals Generated

by a Leak . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1983.14.4 Off-Line Leak Detection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199

3.15 Leakproof Control of Pipelines, Gas Piping, Tanks,

and Technological Installations Using Radioactive Tracers . . . . 2013.15.1 Leak Detection in Pipelines for Liquids . . . . . . . . . . . 2013.15.2 Leak in Gas Pipelines Detection . . . . . . . . . . . . . . . . 2023.15.3 The Method of Labeling Total Volume

of the Gas Pipeline. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2023.15.4 Methods of Single Injection of the Tracer. . . . . . . . . . 2033.15.5 Method of Injection of the Tracer at Several Points

of the Gas Pipeline. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2033.15.6 Method of Tracer Injection Under Constant Pressure

of the Inspection Medium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2033.16 Emissions to Land . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203

3.16.1 Groundwater Monitoring. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2043.16.2 Spills . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204

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3.17 Evaluation of Soil Infiltration Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . 2053.17.1 Developed Predictive Tool . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2053.17.2 Sample Calculations for Practice Engineers. . . . . . . . . 209

4 Noise Pollution Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2114.1 Basic Theory and Calculations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212

4.1.1 Addition of Sound Levels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2134.2 Frequency Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2144.3 Noise Measurement Instruments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2154.4 Noise Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216

4.4.1 Sound and Decibels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2164.4.2 Intensity and Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2174.4.3 Noise Control and Health Protection . . . . . . . . . . . . . 217

4.4.4 Noise Control at Source . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2184.4.5 Control of Sound Transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . 2194.4.6 Reduction in Length of Exposure. . . . . . . . . . . . . . . . 2204.4.7 Education of Workers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2204.4.8 Ear Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221

4.5 Guidelines for Noise Control Engineer . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2214.6 General Noise Limits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222

4.6.1 Local Regulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2224.6.2 Hearing Conservation (Work Area Noise). . . . . . . . . . 223

4.6.3 Speech and Work Interference. . . . . . . . . . . . . . . . . . 2234.6.4 Accommodation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2234.6.5 Additional Restrictions for Narrow-Band

or Impulsive Noise. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2244.7 Equipment Noise Limits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225

4.7.1 Maximum Sound Pressure Levelsfor General Equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225

4.7.2 Maximum Sound Pressure Levelsfor Specific Equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226

4.7.3 Maximum Sound Power Level for Equipment . . . . . . . 2274.7.4 Coherence of Noise Limits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2284.7.5 Data/Requisition Sheets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2284.7.6 Equipment Selection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229

4.8 Silencing Equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2294.9 Project Noise Documents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230

4.9.1 Information for the Noise Control Authorities . . . . . . . 2304.9.2 Detailed Engineering Phase Reports . . . . . . . . . . . . . . 231

4.10 Acoustic Design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2314.10.1 Acoustical Insulation for Pipes, Valves,

and Flanges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2314.10.2 General Requirements for Vent Silencers . . . . . . . . . . 2324.10.3 Acoustical Barrier and Enclosures . . . . . . . . . . . . . . . 232

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