Sistemas DAF para el tratamiento de aguas residuales de refinerías de petróleo

30 de mayo de 2023 (Lectura 10 mins)
Jordi Fabregas

Una de las industrias que manejan productos con mayor capacidad contaminante son las petroquímicas y las refinerías de petróleo. Además, consumen importantes cantidades de agua para desarrollar sus procesos, por lo que las instalaciones suelen estar ubicadas cerca de las fuentes de las que se abastecen y en las que vierten: ríos, pantanos, mares.

La industria petroquímica es muy exigente con los controles, normas y protocolos medioambientes que sigue, pero es evidente que los derrames y fugas que se pueden producir tienen un potencial altamente contaminante, por lo que las plantas han de contar con sistemas de tratamiento de efluentes robustos y eficientes.

Las refinerías de petróleo suelen disponer de plantas de tratamiento de aguas in situ para mitigar el impacto ambiental de sus efluentes residuales. Estas plantas utilizan diversos procesos físicos, químicos y biológicos para eliminar los contaminantes de las aguas residuales antes de verterlas a las vías fluviales o reutilizarlas en otras partes de la refinería.

A esto debe añadirse la pronunciada escasez de agua que se da en determinados territorios, lo que obliga a tomar medidas para recuperar la mayor parte posible de las aguas residuales.

¿Porqué los sistemas DAF son tan ampliamente utilizados para el tratamiento de las aguas residuales de refinerías de petróleo?

La flotación por aire disuelto (DAF) es un proceso para el tratamiento de aguas residuales comúnmente utilizado en refinerías de petróleo, plantas petroquímicas y químicas para la separación de los contaminantes presentes en sus efluentes.

Como unidad de clarificación primaria, los sistemas DAF logran una eficiencia de eliminación del 90 al 95 % en TSS y del 95 al 99 % en aceites. También ofrecen excelentes resultados en la reducción de la Demanda Química de Oxígeno (DQO), presente en la grasa, aceite, lodos biológicos, materia orgánica coloreada y material coloidal.

La flotación por aire disuelto también puede ser aplicada para el espesamiento de lodos o para la clarificación secundaria de las aguas procedentes de un tratamiento biológico.

1. Contaminantes en las aguas residuales de las industrias petroquimicas y refinerías de petróleo

Las refinerías de petróleo producen cantidades significativas de aguas residuales durante sus operaciones. Que suelen contener diversos tipos de contaminantes, incluidos los compuestos orgánicos, metales pesados y otras sustancias tóxicas.

Las principales fuentes de aguas residuales en las refinerías de petróleo son las siguientes:

  • Refrigeración de equipos y maquinaria.
  • Lavado de depósitos y otros equipos.
  • Procesamiento de petróleo crudo y otros materiales.
  • Las aguas residuales también pueden contener subproductos del proceso de refinado, como los lodos, que requieren tratamiento y eliminación posteriores.

Los contaminantes que aparecen en este tipo de vertidos suelen contener importantes concentraciones de hidrocarburos, aceites y grasas. que producen una elevada DQO y, por lo tanto, un déficit de O2 en el agua.

 Además, estos mismos contaminantes son capaces de obstruir las branquias de los peces y alterar las cadenas alimentarias, e incluso afectar a la salud humana.

Entre los compuestos presentes en estas aguas residuales, destacan los siguientes:

  • El benceno, el tolueno y el xileno, que son compuestos orgánicos volátiles (COV) que se utilizan en los procesos de refinado y que pueden encontrarse en las aguas residuales procedentes de los equipos de refrigeración y procesamiento. Estos compuestos son cancerígenos, y pueden causar problemas respiratorios entre otros problemas de salud en los seres humanos.
  •  Los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), que son compuestos orgánicos formados durante el proceso de refinado y que se encuentran en las aguas residuales procedentes de los equipos de refrigeración y procesamiento. Son cancerígenos y pueden dañar la vida acuática al alterar los sistemas reproductivo e inmunitario de los peces y otros organismos. 
  •  Los metales pesados como el plomo, el mercurio, el cadmio y el cromo, que se encuentran en las aguas residuales procedentes de la limpieza de equipos y del agua de proceso. Se pueden acumular en los organismos acuáticos y causar problemas neurológicos y de desarrollo en los seres humanos.  
  • El amoníaco y compuestos nitrogenados, que se están presentes en las aguas residuales de los equipos de refrigeración procesamiento y pueden dañar la vida acuática al reducir los niveles de oxígeno en el agua.                                                                                
  • Los sulfuros, presentes en las aguas residuales de los procesos de refinado y pueden ser tóxicos para la vida acuática, causando la muerte y reduciendo las tasas de crecimiento.                                                      
  • Compuestos clorados, como los bifenilos policlorados (PCB), las dioxinas y los furanos, que están presentes en las aguas residuales de los equipos de refrigeración y procesamiento. Son muy tóxicos y pueden provocar cáncer y otros problemas de salud en los seres humanos y los animales.

2. Plantas de tratamiento de aguas residuales

Las refinerías de petróleo utilizan instalaciones complejas para el tratamiento de sus vertidos, con el fin de reducir las cargas contaminantes hasta los niveles que exigen las normativas, o bien, para reutilizar las aguas residuales dentro de la propia industria como aguas de servicios e incluso como aguas de proceso.

Planta de tratamiento de aguas residuales de refinerías de petróleoUna planta completa para el tratamiento de aguas residuales de refinería es un sistema que generalmente requiere de varios procesos de tratamiento que permitan eliminar la amplia gama de contaminantes presentes en las s residuales

Por regla general, estas son las diferentes fases de tratamiento que se acostumbran a encontrar en una instalación de tratamiento de aguas residuales de refinería:

  • Tratamiento preliminar: en esta fase se eliminan los sólidos y residuos de gran tamaño de las aguas residuales, como rocas, grava y grandes piezas de equipos. Para ello se suelen utilizar tamices, desarenadores y depósitos de sedimentación.                                                     
  • Tratamiento primario: esta fase consiste en eliminar los sólidos en suspensión y parte de la materia orgánica de las aguas residuales. Para ello se suelen utilizar separadores de hidrocarburos, sistemas de flotación por aire disuelto (DAF), o depósitos de sedimentación, donde los sólidos flotan a la superficie para ser separados como lodos.
  • Tratamiento secundario: consiste en eliminar la materia orgánica disuelta y otros contaminantes de las aguas residuales. Para ello se llevan a cabo generalmente procesos de tratamiento biológico, como los lodos activados, los filtros percoladores, o los sistemas MBR, que utilizan microorganismos para descomponer los contaminantes.                                                          
  • Tratamiento terciario: en esta fase se realiza un tratamiento avanzado del efluente, con el objetivo de conseguir la calidad necesaria para verter, o bien para poder reutilizar el agua. En este punto es donde se aplican las tecnologías más sofisticadas como la filtración a distintos niveles (micro/ ultra/ nano) incluso llegando a la osmosis inversa, las resinas de intercambio iónico, o la evaporación para las aguas más exigentes.       
  • Esterilización de vertidos: con anterioridad al vertido final, los efluentes suelen ser sometidos a un tratamiento de esterilización, bien mediante oxidantes, o con radiación UV.
  • Tratamiento de lodos: los lodos que se generan en las distintas fases de tratamiento preliminar y primario se tratan generalmente por separado de las aguas residuales. Estos lodos se pueden espesar y deshidratar y, a continuación, se realiza un tratamiento posterior, como la digestión, el compostaje o la incineración. Los lodos procedentes del tratamiento biológico se suelen tratar por separado (digestión, secado mecánico o térmico).

ESQUEMA TIPICO DE DEPURACIÓN DE VERTIDO DE INDUSTRIA PETROQUÍMICA

LINEA DE TRATAMIENTO DE VERTIDOS DE PETROQUÍMICA CON RECUPERACIÓN DE AGUA

Proponemos como ejemplo una línea de tratamiento de una planta depuradora de aguas residuales de industria petroquímica, en la que se reutiliza un importante parte de los efluentes tratados, y, que por lo tanto, minimiza el consumo de agua bruta y el impacto medioambiental.

A continuación, planteamos el diagrama de flujos y una tabla con los principales parámetros contaminantes en los distintos puntos del tratamiento de los efluentes de una industria petroquímica tipo.

Se parte de un caudal de vertidos de 100 m3/h, de los que se pretende recuperar agua para servicios y agua de proceso. El tratamiento mediante DAF aporta una importante ventaja desde el punto de vista de reducción significativa de TSS, y en particular, de aceites y grasas que, como es conocido, representan un peligro para el funcionamiento de las instalaciones de recuperación de vertidos por membranas (UF/ NF/OI).

Aunque existen procesos de depuración que combinan el tratamiento con las membranas de UF (MBR), consideramos que, una opción más segura es disponer una etapa de microfiltración antes de la UF, a fin de separar los restos de TSS que pudieran ensuciar las membranas.

DIAGRAMA DE FLUJOS

Esta información es orientativa, aunque los datos proceden de fuentes reales

TABLA PARAMETROS ESPERADOS EN LINEA DE TRATAMIENTO DE VERTIDOS DE INDUSTRIA PETROQUÍMICA CON RECUPERACIÓN DE EFLUENTES

ParámetroUnidad1234567891011121314
Caudalm3/h10098959590510105251301251010015
pH6,5-86,5-87-7,56,5-76,5-77,587-87-87-87-87-86-77
                
TSSmg/l600450≤50≤100≤40200≤50≤10≤5≤1≤1≤0,1≤5
TurbidezN.T.U.≥500≤300≤50≤100≤2040≤30≤5≤2≤0,1≤0,1≤0,1≤0,5
Aceites y grasasmg/l450≤100≤10≤5≤2≤10≤2≤1≤1≤0,1≤0,1≤0,1≤0,1
DQOmg/l≤10000≤8000≤5000≤1000≤50020≤500≤500≤10300≤100≤10≤1≤5
NTKmg/l2020201010≤10≤10≤10≤5≤10≤10≤10≤5≤20
Conductiv.µS/cm300030003000300030006000300040001500300030003000≤200≤15000
Fenolesmg/l60≤50≤3010105015≤1≤10≤1≤5≤0,1≤10
Ca++mg/l90909090901809010050909090≤5≤400
Mg++mg/l404040404080805020404040≤2≤200
HCO3mg/l150150150150150300150200100150150150≤20≤600
SO4-2mg/l300300300300300600300400200300300300≤20≤1000
Clmg/l05005005005005001000500400250500500500≤50≤3000
              

3. Eficiencia del tratamiento con equipos daf en la industria del petróleo

La flotación por aire disuelto (DAF) es un proceso para el tratamiento de aguas residuales comúnmente utilizado en refinerías de petróleo, plantas petroquímicas y químicas para la separación de los contaminantes presentes en sus efluentes.

Como unidad de clarificación primaria, los sistemas DAF logran una eficiencia de eliminación del 90 al 95 % en TSS y del 95 al 99 % en aceites. También ofrecen excelentes resultados en la reducción de la Demanda Química de Oxígeno (DQO), presente en la grasa, aceite, lodos biológicos, materia orgánica coloreada y material coloidal.

La flotación por aire disuelto también puede ser aplicada para el espesamiento de lodos o para la clarificación secundaria de las aguas procedentes de un tratamiento biológica.

Los sistemas DAF también se utilizan para afinar las aguas residuales después de haber sido sometidas a un tratamiento biológico. En este caso, el sistema DAF se utiliza para eliminar cualquier resto de sólidos o aceites y grasas (FOG) que no se hayan eliminado en las fases de tratamiento primario, o como clarificador para las aguas provenientes del tratamiento biológico.

Para que las unidades DAF funcionen de manera eficiente, el agua residual debe someterse a un proceso de coagulación-floculación antes de ingresar en el sistema DAF. La falta o un mal diseño de este paso físico-químico previo deteriorará el desempeño de la unidad DAF.

El proceso de tratamiento de las aguas residuales de una refinería de petróleo mediante flotación por aire disuelto sigue los siguientes pasos:

  • Pretratamiento: las aguas residuales de la refinería se someten primero a fases de tratamiento preliminar para eliminar los sólidos de gran tamaño. A continuación, se criban las aguas residuales para eliminar cualquier resto de partículas grandes y se suele pasar a un sistema previo de tipo API o CPI, para separar la mayor parte de los hidrocarburos y aceites presentes de fácil separación, por simple densidad.                                                                         
  • Acondicionamiento químico: para mejorar el rendimiento del sistema DAF, se puede utilizar la dosificación química con el fin de optimizar los niveles de pH y la coagulación/floculación de las aguas residuales. Dependiendo de la naturaleza de los contaminantes presentes en las aguas residuales, se pueden utilizar diversos productos químicos, como el cloruro férrico, el sulfato de aluminio y polímeros; de esta forma se consigue aglutinar los aceites, grasas y materiales dispersos en el agua, que están en forma coloidal o finamente peptizados.            
  • Operación DAF: Posteriormente, las aguas residuales se bombean a un depósito DAF, donde se mezclan con aguas residuales recicladas. Luego, se inyecta aire comprimido en el depósito, lo que provoca la formación de micro-burbujas que se adhieren a las partículas floculadas, las cuales flotan en la superficie y forman una capa de lodo. 
  • Eliminación de lodos: la capa de lodo de la superficie del depósito DAF se barre mediante un mecanismo de espumado y se recoge en un depósito de lodo separado para su posterior tratamiento. Seguidamente, el agua clarificada se vierte a la siguiente fase del proceso de tratamiento 

TIPOS DE SISTEMAS DAF

Sigmadaf ofrece varios tipos de sistemas de flotación por aire disuelto para el sector petrolero. Nuestro catálogo de modelos ha sido diseñado para cubrir los distintos objetivos y requerimientos que puede tener una refinería de petróleo.

Los modelos FPHF y FPBC pueden operar como una unidad de alta carga hidráulica e incluye un paquete de lamelas para mejorar el proceso de separación con un área de superficie de flotación más baja. El FPBC compacto es para pequeña capacidad, en el rango de 10 a 250 m3/h, mientras que el FPHF compacto es una unidad de mayor capacidad en el rango de 300 a 1000 m3/h y se fabrica en tanque de acero.

El modelo FPAC es una unidad de alta carga de sólidos sin lamelas, que es ideal para tratar aguas con alta concentración de sólidos. Estos modelos pueden construirse en tanques de hormigón si la capacidad de tratamiento supera los límites que se pueden tratar con las unidades compactas construidas en tanque de acero.

4. Conclusión

Las aguas residuales procedentes de las industrias petroquímicas contienen una elevada concentración de materia orgánica, y sobre todo, de restos de hidrocarburos, aceites y grasas.

Una importante proporción de estos materiales están en forma coloidal (TSS), lo que exige de un acondicionamiento químico de coagulación / floculación, con su correspondiente ajuste de pH, con el fin de acondicionarlos para su separación por flotación. El sistema DAF, y en particular, los equipos que provee SIGMADAF, están especialmente diseñados para facilitar la separación y el barrido de estos agentes, con un nivel de eficiencia que minimiza los riesgos de fugas.

Teniendo en cuenta la creciente tendencia a la recuperación de aguas residuales para ser reutilizadas en los servicios y procesos de las industrias, el papel de los sistemas DAF se hace más destacado, pues garantizan una mayor y mejor vida útil de las membranas de filtración que se utilizan en estos procesos de depuración.

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