Operación de depuradoras biológicas de aguas

ARTICULOS
Resumen
La depuración de las aguas residuales
de una refinería de petróleo es difícil
por la elevada carga de polución y su
irregularidad en caudal y calidad. En la
EDAR de Gibraltar se ha implantado
una línea que consta de tratamiento físico, fisicoquímico y biológico, este último dispone de un reactor de alta carga
con oxígeno puro y un reactor de nitrificación/desnitrificación.
Se describen los principales parámetros
de calidad del efluente y la evolución
de sus concentraciones después de cada
fase del tratamiento, llegándose a alcanzar un nivel de calidad suficiente
para su vertido al medio natural y en
parte para su reutilización parcial en la
propia refinería. Finalmente se relacionan los problemas más comunes que se
producen en la explotación de la
EDAR.
TECNICOS
Operación de depuradoras
biológicas de aguas residuales.
La EDAR de la Refinería
de Gibraltar (Cepsa)
Por: José Antonio Agüera Urbano, jefe Planta Energía de la Refinería Gibraltar
Cepsa
Refinería de Gibraltar
Palabras clave:
Agua residual, industria petróleo, parámetros fisicoquímicos, depuración biológica, oxígeno puro, rendimiento.
1. Introducción
os consumos de agua bruta en
una refinería son variables dependiendo de su complejidad
y del tipo de refrigeración que se haya
instalado. Recientemente los procesos de reciclado de agua y reutilización de efluentes han reducido estos
consumos. Se puede considerar un
valor promedio de 0,5 m3/Tn crudo.
La necesidad de aprovechar este
recurso más eficientemente y los requerimientos ambientales cada vez
más exigentes llevó a la Refinería Gibraltar a desarrollar una serie de proyectos encaminados a la mejora de los
procesos de depuración y reutilización
de sus aguas residuales depuradas. De
esta forma en el año 2000 se inició
el proyecto de ampliación del tratamiento biológico de la EDAR con el
objetivo de adaptarlo a la futura normativa y, a la vez, capaz de producir
un agua depurada con posibilidades
de ser reutilizada en los procesos industriales.
La ampliación del tratamiento
biológico entró en servicio en 2002
con unos resultados satisfactorios.
Actualmente se está llevando a cabo
la primera etapa de reutilización de
aguas residuales capaz de ahorrar
hasta un 40% del aporte fresco. La
L
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Abstract
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Operating biological waste water treatment plants. The Cepsa oil refinery
treatment plant in Gibraltar
Treating waste waters from an oil refinery is difficult due to the high pollution load and the irregular flow and
quality of the effluent. The Gibraltar
treatment plant has introduced a line
comprising physical, physicochemical
and biological treatments. The biological treatment includes a high-load reactor with pure oxygen and a nitrification/denitrification reactor.
A description is provided of the main
quality parameters of the effluent and
the evolution of its concentrations after
each treatment stage until it reaches a
sufficient quality standard for it to be
returned to the natural environment and
for part of it to be re-used in the refinery. Lastly, the most common problems occurring in the running of the
plant are mentioned.
Keywords:
Waste water, oil industry, physicochemical parameters, biological purification treatment, pure oxygen, performance.
TECNOLOGIA DEL AGUA
variedad de procesos que se dan en
una refinería, donde además de los
procesos convencionales se pueden
dar procesos petroquímicos que producen aguas residuales de alta COT
soluble, hacen que los tratamientos
biológicos sean críticos para conseguir los objetivos deseados.
2. Contaminantes en el
influente
Los principales contaminantes y
su concentración vienen definidos
por los procesos presentes en la refinería y su utilización. Los contaminantes más comunes y sus concentraciones son:
Aceites y grasas: En gran parte
como hidrocarburos no polares.
Son hidrocarburos fácilmente separables físicamente o en tratamientos fisicoquímicos. Su parte
soluble (en torno a 50 ppm) es
eliminada en el tratamiento biológico. Son hidrocarburos de baja biodegradabilidad.
Sulfuros: Prácticamente la totalidad del azufre que se incorpora
con el crudo se eliminada de los
productos terminados. Este azufre (en forma de H2S) se transforma en azufre comercial como
subproducto. Algunas corrientes
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3. Planta de aguas
residuales de procesos de
Refinería Gibraltar (Cepsa)
La Refinería Gibraltar, perteneciente al Grupo Cepsa y localizada
en la Bahía de Algeciras, tiene una
capacidad de destilación de 12
Figura 1. Etapas de tratamientos de aguas residuales.
MM de Tn de crudo/año. La variedad de procesos que en ella se llevan a cabo y la integración entre
ellos la configuran como una refinería de alta conversión y complejidad. Además anexa a la refinería
se localizan plantas petroquímicas
y lubricantes del mismo Grupo
Cepsa.
La planta de tratamientos de
aguas residuales tiene una capacidad de 450 m 3/h. Dispone de tres
etapas de tratamiento: físico, fisicoquímico y biológico (Figura 1).
El tratamiento físico tiene como
objetivo la recuperación de aceites
quedando la corriente a tratar en la
siguiente etapa en 300 ppm. Los
aceites recuperados son enviados a
tanques de slop para reenviarlos a
destilación. Los separadores de
aceite se disponen en serie siendo
la primera etapa dos separadores
API (separadores de aceite por
gravedad) seguidos de PPI (separadores de aceite por placas paralelas) y CPI (separadores de aceite
por placas corrugadas). En esta
etapa se lleva a cabo la homogeneización de la carga. Consiste en
dos tanques de 5.000 m 3 cada uno
lo que proporciona unas 12 horas
de residencia.
El tratamiento fisicoquímico elimina aceites hasta 50 ppm, precipita
y flocula los sulfuros con sulfato férrico, reduce los sólidos en suspensión hasta 100 ppm y ajusta el pH en
torno a 7,5 con sosa cáustica. El proceso se lleva a cabo en un coagulador donde se inyecta sosa cáustica,
sulfato férrico y coagulante orgánico. Seguidamente para al flocula-
dor, donde se aditiva un floculante
aniónico. Los lodos formados se separar en 4 unidades DAF (separadores de por flotación con aire disuelto).
En el tratamiento biológico, después del tratamiento fisicoquímico, la corriente a depurar contiene
un COT de 450 ppm con puntas de
800 ppm y nitrógeno amoniacal en
torno a 100 ppm. El proceso se lleva a cabo en dos etapas. Una primera etapa consiste en retirar la mayor
parte de carga orgánica mediante
un proceso de lodos activos de alta
carga con oxígeno puro. La segunda etapa trata el efluente de la primera y parte de la carga sin tratar
para ajustar la COT necesaria para
la nitrificación-desnitrificación.
Consiste en un proceso de lodos activos en flujo pistón con recirculación interna a la zona anóxica (Figura 2).
4. Operación del
tratamiento biológico
4.1. Primera etapa: reactor
de alta carga
Esta etapa se opera manteniendo
una carga másica en torno a 0,45
controlado mediante la purga de lodos. Recibe 2/3 de la carga total
manteniendo un MLSS de 7.000
ppm. La edad de lodo es de 7 días. El
oxígeno se aporta mediante inyección automática de oxígeno puro. Se
debe mantener concentraciones por
encima de 4 ppm para mantener los
rendimientos y decantabilidad del
lodo. El efluente de esta etapa mantiene una COT de 100 ppm, fenoles
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contaminadas provenientes de
los procesos de desulfuración
contienen sulfuros en cantidades
apreciables (Merox). Los sulfuros que llegan con el influente
son eliminados en el tratamiento
fisicoquímico mediante coagulación con sulfato férrico. El tratamiento biológico recibe una carga de sulfuros entre 5 y 15 ppm
aproximadamente.
COT: Considerando éste como la
fracción soluble de cada uno de
los compuestos orgánicos que
forman parte del influente. En
una refinería convencional puede
oscilar entre 150 y 200 ppm. Los
vertidos de plantas petroquímicas anexas o integradas en la refinería impacta en este parámetro
de forma considerable llegando a
valores entre 500 y 800 ppm. La
relación DQO/COT es de 3,5
aproximadamente.
Fenoles: provenientes de los procesos de cracking son solubles y
difíciles de degradar biológicamente. Requieren una aclimatación de los fangos. Sus valores
oscilan entre 50 y 150 ppm.
Nitrógeno amoniacal: Nutriente
requerido en los procesos biológicos. Su carga está entre 80 y
150 ppm. Se requiere eliminación biológica.
PH: Muy variable, debido a los
procesos petroquímicos. Se requiere neutralización previa al
tratamiento biológico.
Temperatura: Valores entre 35 y
45 ºC. El tratamiento biológico
se ve muy afectado a valores por
encima de 40 ºC.
TDS: La salinidad de la carga oscila entre 1.500 y 3.000 ppm.
Suele ser estable por lo que los
procesos biológicos pueden aclimatarse a estos valores.
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Figura 2. Proceso de lodos activos en el tratamiento biológico.
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por debajo de 0,5 ppm y sulfuros en
torno a 1 ppm.
Como problemas más comunes
se destaca:
Puntas de carga orgánica: Debido
a operaciones esporádicas de las
unidades de petroquímica. Provocan alta F/M con bajos rendimientos y crecimiento de lodos
filamentosos de baja decantabilidad. Al no ser posible aumentar la
concentración de lodos en el reactor debido a la baja concentración
de lodos del reciclo solamente se
opera homogeneizando la carga
de entrada y aumentando la concentración de oxígeno disuelto a
6 ppm gracias a la inyección de
oxígeno puro. Se suele recuperar
en 1 vez la edad de lodo.
Aceites y grasas: Un aumento de
la concentración en aceites y grasas por encima de 50 ppm de forma continua llega a impregnar el
lodo de aceite produciendo la
muerte por falta de oxígeno y reflotando el lodo en el clarificador. Se debe controlar muy de
cerca el proceso físico-químico.
En esta etapa es muy importante
el buen entrenamiento de los operadores para ajustar la dosificación de productos químicos. Con
la inyección de oxígeno puro se
soportan concentraciones hasta
de 150 ppm.
Fenoles: Para conseguir que los
fenoles sean abatidos se requiere
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que la biomasa esté aclimatada.
Para ello, una de las corrientes ricas en fenoles se almacena y dosifica permanentemente a un caudal constante para mantener
siempre un aporte mínimo de fenoles al reactor.
Sustancias tóxicas: Puede llegar
a provocar una inhibición total
de la actividad biológica. En
ocasiones no se altera la capacidad de decantación del lodo, solamente se manifiesta con una
alta carga orgánica de salida. Es
muy difícil de detectar cual es la
sustancia tóxica y su origen.
Con oxígeno puro se recupera la
actividad biológica con facilidad.
Bajo pH: Aunque la capacidad de
amortiguación de un reactor es
elevada, con altas cargas ácidas
puede llegar a romper el tampón
y bajar el pH por debajo de 5,
provocando una muerte celular
elevada con arrastre de lodos dispersos.
4.2. Segunda etapa:
reactor de baja carga
nitrificación-desnitrificación
Esta etapa recibe un tercio de la
carga orgánica y la totalidad de la
carga hidráulica. Su función es terminar de abatir la COT y convertir
el N-amoniacal en N 2, además de
proporcionar un efluente adecuado
para la reutilización.
La carga entra en contacto con el
reciclo de lodos y la recirculación
interna en un reactor de 1.600 m3 sin
aporte de oxígeno, llevándose a cabo la nitrificación. Seguidamente
pasa a la etapa de aireación donde se
produce el abatimiento de la COT y
la desnitrificación de los nitratos
producidos en la etapa anóxica. El
aporte de oxígeno se realiza mediante turbinas. Se mantiene un
MLSS de 4.000 ppm y una recirculación interna de 1.000 m3/h. La carga másica es de 0,15 y la edad de lodos de 12 días. El efluente final es
de alta calidad con valores de COT
por debajo de 30 ppm, 1 ppm de Namoniacal y 30 ppm de sólidos en
suspensión.
El proceso de nitrificación-desnitrificación es muy sensible a la
mayoría de los incidentes que se han
comentado. Por ello la primera etapa hace de “barrera” y protege de
cualquier tóxico a la segunda.
5. Conclusiones
Con la línea de tratamiento por
fases establecida, en la que cada una
de ellas está centrada en eliminar un
tipo de contaminación, se establece
un proceso flexible y eficaz para hacer frente a la variabilidad de este tipo de aguas residuales industriales,
alcanzándose así una calidad final
del efluente residual depurado suficiente para su retorno al medio natural y simultáneamente proceder a un
reciclado parcial hacia el proceso
industrial.
Se destaca que la complejidad de
los tratamientos biológicos y su significada importancia en el proceso
de depuración de los efluentes acuosos industriales, en una refinería de
petróleo, requiere un equipamiento
adecuado y una especialización del
personal técnico implicado.
La Refinería Gibraltar, siendo
consciente de su compromiso medioambiental con su entorno más
cercano, no ha cesado en mejorar
sus procesos y dotar a sus plantas de
tratamiento de las mejores técnicas
para garantizar que su impacto ambiental sea mínimo.