La industria petroquímica es uno de los sectores industriales más importantes del mundo e implica la producción de productos químicos y materiales basados en materias primas fósiles como el petróleo crudo y el gas natural. Sus procesos de producción generan aguas residuales muy diversas y requieren soluciones especializadas en el tratamiento del agua y de las aguas residuales. Este artículo describe en detalle los retos de la industria petroquímica en materia de tecnología del agua, centrándose en los procesos químico-técnicos, los aspectos medioambientales y las soluciones orientadas a la práctica.
Índice
Importancia de la industria petroquímica
La industria petroquímica es fundamental para la producción de plásticos, disolventes, tensioactivos, productos farmacéuticos, tintes y muchos otros productos. Al mismo tiempo, es uno de los mayores consumidores de agua dulce y produce aguas residuales muy contaminadas, que plantean un reto especial para el tratamiento del agua debido a sus complejos ingredientes y a las altas concentraciones de contaminantes.
Consumo de agua en la industria petroquímica
Agua de proceso:
- Se utiliza en reacciones químicas y para la purificación de materias primas y productos.
- Requisitos: Alta pureza, sin sólidos en suspensión ni sales disueltas.
Agua de refrigeración:
- En los sistemas de refrigeración se utilizan grandes cantidades de agua para reducir el calor.
- Reto: Evitar la bioincrustación, la corrosión y las incrustaciones.
Generación de vapor:
- Utilización del agua para generar vapor a alta presión, necesario en procesos de producción y centrales eléctricas.
- Requisitos: Bajo contenido en sal para evitar depósitos en las calderas.
Aguas residuales en la industria petroquímica
Las aguas residuales de la industria petroquímica se caracterizan por su gran complejidad y variabilidad. Suelen contener una mezcla de compuestos orgánicos e inorgánicos, presentes en concentraciones variables.
Ingredientes típicos de las aguas residuales petroquímicas:
Hidrocarburos:
- Aromáticos (por ejemplo, benceno, tolueno, xileno - BTX), alifáticos e hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP).
- Propiedades: Hidrófobo, a menudo tóxico y poco biodegradable.
Compuestos orgánicos poco degradables:
- Compuestos halogenados, fenoles y ácidos orgánicos.
- Reto: Persistencia y toxicidad potencial.
Sólidos en suspensión y emulsiones:
- Emulsiones de aceite y agua y sólidos no disueltos que deben separarse mecánicamente.
Compuestos inorgánicos:
- Sulfatos, cloruros, metales y fosfatos.
- Propiedades: Puede provocar corrosión o formar depósitos.
Valores DQO/DBO:
- Las aguas residuales suelen tener altas concentraciones de demanda química de oxígeno (DQO) y demanda bioquímica de oxígeno (DBO), lo que requiere un tratamiento sofisticado.
Retos en el tratamiento del agua y las aguas residuales
Altas concentraciones de contaminantes:
- Las aguas residuales petroquímicas suelen contener sustancias tóxicas que pueden mermar la eficacia de los procesos de tratamiento biológico.
Composición fluctuante de las aguas residuales:
- Los distintos procesos de producción dan lugar a volúmenes y composiciones desiguales de las aguas residuales.
Requisitos legales:
- Deben respetarse límites estrictos de hidrocarburos, metales pesados y otros contaminantes en las aguas residuales y las emisiones.
Eficiencia de costes y recursos:
- El elevado consumo de agua y los costes energéticos exigen soluciones innovadoras y sostenibles.
Procesos de tratamiento de aguas y aguas residuales en la industria petroquímica
Las aguas residuales petroquímicas se tratan en varias etapas que combinan procesos físicos, químicos y biológicos.
1. pretratamiento mecánico
Objeto:
El pretratamiento mecánico se utiliza para eliminar los sólidos gruesos, las gotas de aceite y las emulsiones con el fin de reducir la carga de las etapas de tratamiento posteriores y aumentar su eficacia.
Procesos típicos:
Trampa de arena:
- Separación de sólidos en suspensión como arena y partículas minerales que se acumulan en el fondo del tanque de sedimentación.
- Aplicación: Pretratamiento de aguas residuales muy contaminadas con alto contenido en sólidos, por ejemplo, en refinerías.
Separador de aceite (separador API):
- Separación de la fase oleosa y acuosa en función de las diferencias de densidad.
- Los separadores API (American Petroleum Institute) son sistemas estándar para eliminar el aceite libre (>150 µm) y las partículas gruesas.
- Aplicación: Tratamiento de aguas residuales que contienen aceite, por ejemplo, procedentes del tratamiento de petróleo crudo.
- Eliminación eficaz de gotas de aceite finamente dispersas y contaminantes emulsionados que no pueden ser capturados por los separadores convencionales.
- En plantas de flotación por aire disuelto (DAF) se introduce aire a presión en las aguas residuales. Cuando se libera la presión, se forman finas burbujas de aire que transportan partículas y gotas de aceite a la superficie.
- Apoyo químico: Uso de floculantes para aglomerar las partículas más finas.
- Aplicación: Aguas residuales de procesos de destilación, craqueo o almacenamiento de productos petrolíferos.
Foto: Nuestro sistema de flotación ALMA NeoDAF con dosificación proporcional a la carga de precipitantes y floculantes.
2. tratamiento químico-físico
Objeto:
El objetivo del tratamiento químico-físico es eliminar los contaminantes disueltos, estabilizar la composición de las aguas residuales y reducir los compuestos difíciles de descomponer.
Procesos típicos:
- Eliminación de metales pesados, fosfatos e impurezas coloidales mediante la adición de precipitantes (por ejemplo, sales de hierro o aluminio) y floculantes (por ejemplo, polielectrolitos).
- Formación de copos más grandes que pueden eliminarse fácilmente por sedimentación o flotación.
- Aplicación: Reducción de metales pesados y turbidez en aguas residuales de procesos petroquímicos.
- Ajuste del valor del pH mediante la adición de ácidos (por ejemplo, ácido sulfúrico) o álcalis (por ejemplo, hidróxido de sodio) para crear las condiciones óptimas para la precipitación o los procesos biológicos.
- Aplicación: Neutralización de aguas residuales de proceso ácidas o alcalinas.
Adsorción con carbón activado:
- Eliminación de contaminantes orgánicos mediante su unión a adsorbentes como el carbón activado.
- Aplicación: Eliminación de fenoles, BTX (benceno, tolueno, xileno) y HAP.
- Descomposición de compuestos orgánicos poco degradables mediante el uso de agentes oxidantes como el ozono, el peróxido de hidrógeno o el cloro.
- Procesos avanzados de oxidación (AOP)Combinación de agentes oxidantes con luz UV o catalizadores para generar radicales hidroxilo reactivos.
- Aplicación: Tratamiento de hidrocarburos aromáticos y compuestos halogenados.
Foto: Nuestro sistema CP ALMA CHEM MCW con neutralización y filtro de carbón activado aguas abajo
3. tratamiento biológico
Objeto:
El tratamiento biológico utiliza microorganismos para descomponer los compuestos orgánicos y reducir la contaminación por DQO.
Procedimientos típicos:
- Degradación aeróbica de sustancias orgánicas por microorganismos en un reactor rico en oxígeno.
- Adecuado para compuestos orgánicos fácilmente biodegradables.
- Aplicación: Aguas residuales del almacenamiento y procesamiento de productos derivados del petróleo.
- Descomposición de sustancias orgánicas en condiciones sin oxígeno, produciendo metano y CO₂ como biogás.
- Reactores típicos: UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) y EGSB (Expanded Granular Sludge Bed).
- Aplicación: Aguas residuales con una elevada carga orgánica, por ejemplo, procedentes de procesos de craqueo y polimerización.
MBR (biorreactores de membrana):
- Combinación de biodegradación y filtración por membrana para la separación de biomasa y contaminantes residuales.
- Ventaja: alta eficiencia y diseño que ahorra espacio.
- Aplicación: Aguas residuales de gran pureza, por ejemplo, para procesos de reciclado.
Foto: Nuestro tanque de aireación del sistema ALMA BHU BIO para tratar las aguas residuales de una refinería
4. tratamiento terciario y tratamiento de seguimiento
Finalidad:
Eliminación de contaminantes residuales, sales y gérmenes para garantizar el cumplimiento de valores límite estrictos.
Procedimientos típicos:
- Eliminación de sales disueltas, metales pesados y residuos orgánicos mediante membranas semipermeables.
- Aplicación: Reciclaje del agua y cumplimiento de las normas de vertido.
Sistemas intercambiadores de iones:
- Eliminación de iones específicos como cloruro, sulfato o metales pesados.
- Aplicación: Post-tratamiento para reutilización como agua de proceso.
Desinfección:
- Destrucción de gérmenes y microorganismos mediante luz ultravioleta, ozonización o cloración.
- Aplicación: Vertido de aguas residuales en aguas públicas o retorno al ciclo de producción.
Límites legales y normativa medioambiental
La industria petroquímica está sujeta a estrictas normas medioambientales establecidas por organizaciones internacionales y nacionales. Los valores límite típicos son
- Kohlenwasserstoffe (gesamt): < 10 mg/L (Einleitung in Oberflächengewässer, je nach Region).
- CSB: < 125 mg/L (Einleitung in Oberflächengewässer gemäß EU-Wasserrahmenrichtlinie).
- Schwermetalle (z. B. Hg, Pb, Cd): < 0,1–1 µg/L, abhängig vom Metall und Einsatzgebiet.
Conclusión
El tratamiento de aguas y aguas residuales en la industria petroquímica plantea grandes exigencias a la tecnología y la gestión de procesos. Debido a la compleja composición de las aguas residuales y a las estrictas normativas medioambientales, se requieren soluciones a medida que combinen eficazmente procesos físicos, químicos y biológicos.
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