I. Fuentes y peligros de las aguas residuales aceitosas
Las aguas residuales aceitosas proceden principalmente de industrias como la extracción y procesamiento de petróleo, petroquímica, siderurgia, coquización, procesamiento de maquinaria, fregado de textiles, curtido de cuero, transporte ferroviario, matanza y procesamiento de alimentos, y restauración.
El petróleo plantea graves riesgos ambientales: cuando se vierte en cuerpos de agua, las aguas residuales aceitosas forman una película de aceite que afecta la migración del aire, el agua y los fertilizantes. Si fluye hacia el suelo, dificulta la permeabilidad del aire y daña la estructura de los agregados del suelo. Los vertidos a conducciones de drenaje urbano pueden afectar al normal funcionamiento de las depuradoras de aguas residuales. La concentración de aceite en las aguas residuales que fluyen hacia las estructuras de tratamiento biológico generalmente no debe exceder los 30-50 mg/L; de lo contrario, afectará el metabolismo normal de los lodos activados y la biopelícula.
II. Formas de petróleo en las aguas residuales
El petróleo en las aguas residuales aceitosas existe en cuatro formas: petróleo flotante, petróleo disperso, petróleo emulsionado y petróleo disuelto.
El aceite flotante generalmente tiene un tamaño de partícula superior a 100 μm y puede eliminarse mediante flotación natural.
El aceite disperso tiene un tamaño de partícula de 10 a 100 μm y permanece suspendido en agua. Sin embargo, puede formar aceite flotante después de reposar durante un cierto período, por lo que puede eliminarse mediante flotación natural, aunque el tiempo de residencia es relativamente largo.
El aceite emulsionado tiene un tamaño de partícula inferior a 10 µm, generalmente de 1,1 a 2 µm. Existe en el agua como una forma coloidal estable (emulsión), por lo que no puede eliminarse mediante flotación natural y debe eliminarse mediante demulsificación seguida de flotación por aire (o sedimentación).
El aceite disuelto existe en estado disuelto en agua, y el tamaño de sus partículas es incluso más pequeño que el del aceite emulsionado, algunas de solo unos pocos nanómetros, lo que dificulta su separación.
El tratamiento de aguas residuales oleosas se centra en el aceite flotante y el aceite emulsionado, mientras que el aceite disuelto solo se trata mediante adsorción y otros métodos de tratamiento avanzado cuando los requisitos de efluentes son altos.
III. Principales métodos de tratamiento
Las aguas residuales aceitosas se pueden clasificar en tres categorías principales según el principio de tratamiento: métodos físicos, métodos químicos y métodos biológicos.
1. Métodos físicos
Utilizar la diferencia de densidad entre el petróleo y el agua para permitir que el petróleo flotante flote naturalmente es el método más básico de eliminación de petróleo.
Separador de aceite
Horizontal Flow Oil Separator: Wastewater flows in from one end and out from the other, with a horizontal flow velocity of 2-5 mm/s and a residence time of 90-120 min. It can remove oil droplets with a diameter >150 µm. Se instala un raspador de lodos en el fondo del tanque y un tubo de recolección de aceite en la superficie recoge el aceite flotante. Tiene una estructura simple y un funcionamiento estable, pero requiere una gran superficie.
Separador de aceite pequeño: se utiliza en aplicaciones de pequeño-volumen, como comedores y garajes. La velocidad del flujo es de 0,002 a 0,01 m/s y el tiempo de residencia es de 0,5 a 10 min. Se puede combinar con un filtro de coque para una mayor eliminación del aceite.
Flotación por aire
Utilizando microburbujas para adherirse a las gotas de aceite, aumentando su velocidad de flotación cientos de veces, este es un método clave para eliminar el aceite emulsionado. Después de que las aguas residuales aceitosas se someten a un tratamiento de separación de aceite, generalmente se coloca después la flotación por aire como medida adicional para eliminar el aceite emulsionado. Agregar coagulantes inorgánicos (como sulfato de aluminio, cloruro férrico, hidróxido de calcio, etc.) puede mejorar significativamente la eficiencia de eliminación de aceite, aumentando la tasa de eliminación del 28 % a más del 99 %.
Método de grano grueso
Oil-containing wastewater flows through oleophilic and hydrophobic filter media (such as anthracite, quartz sand, polypropylene plastic, etc.). Tiny oil droplets are adsorbed and aggregate to form larger oil droplets, which then float and separate. This method can remove oil droplets with a particle size ≥60μm, achieving an oil removal rate >95%. El equipo es de tamaño pequeño y de estructura simple, pero el medio filtrante es propenso a obstruirse y el efecto disminuye significativamente cuando hay tensioactivos presentes.
2. Método químico
Método de coagulación
El aceite emulsionado existe de manera estable debido a su doble capa cargada negativamente y a la protección de los emulsionantes. La adición de coagulantes altera esta estabilidad, provocando que las gotas de aceite se coagulen y se separen.
Los coagulantes comunes incluyen coagulantes inorgánicos: sulfato de aluminio, cloruro férrico, sulfato ferroso, cloruro de polialuminio (PAC), hidróxido de calcio, etc.; y floculantes orgánicos: poliacrilamida (PAM), tipos catiónicos y aniónicos, etc. En la producción real, a menudo se usan dos agentes en combinación: floculante orgánico + coagulante inorgánico para obtener los flóculos de partículas más grandes.
Método de demulsificación ácido-base
Ajustar el pH a ácido (<1) with sulfuric acid and boiling for 20-30 minutes can separate 97% of the oil; then adjusting the pH to 8 with alkali and adding alum can recover 99% of the oil. Sodium dihydrogen phosphate can also be used instead of sulfuric acid; heating to 95℃ and centrifuging can reduce the oil content to 75 mg/L, and neutralization with calcium hydroxide can further reduce it to below 30 mg/L.
Método de electrólisis/electrocoagulación
La electrólisis rompe la doble capa de la superficie de las gotas de aceite emulsionado. Simultáneamente, el metal anolito se disuelve para producir flóculos de hidróxido. Combinado con las microburbujas generadas por electrólisis, se logra un efecto integral de electrocoagulación, electroflotación y neutralización de carga. Cuando se utiliza aluminio como ánodo y hierro como cátodo, el aluminio se disuelve para formar hidróxido de aluminio, que actúa como coagulante para coagular y eliminar el aceite.
3. Tratamiento biológico
Para aguas residuales aceitosas de baja-concentración después del pretratamiento con aceite disuelto, se puede utilizar un tratamiento biológico:
Proceso de lodos activados: La concentración de aceite afluente debe controlarse a no más de 30-50 mg/L.
Filtro biológico: Altamente adaptable, puede usarse para pretratamiento o tratamiento secundario.
Proceso CASS (Proceso de Lodos Activados Circulantes).
Estanque de aireación/estanque de oxidación: Puede utilizarse cuando se dispone de suficiente superficie de terreno.
IV. Flujo de proceso típico
Según la forma del aceite en las aguas residuales y los requisitos de descarga, generalmente se adoptan procesos combinados de varias etapas.
Refinación de petróleo/aguas residuales petroquímicas: Aguas residuales aceitosas → Criba de barras → Separador de aceite de flujo horizontal → Separador de aceite de placa inclinada → Tanque de ecualización → Flotación por aire (dos etapas) → Acidificación por hidrólisis → CASS → Filtro de cáscara de nuez → Descarga que cumple con los estándares.
Aguas residuales oleosas de la industria siderúrgica: Aguas residuales oleosas → Tanque de ecualización → Separación estática → Sedimentación por coagulación → Flotación por aire → Tanque de purificación → Reutilización o vertido.
Proceso de demulsificación de base ácida-de aguas residuales oleosas de alta-concentración: aguas residuales oleosas → agregar ácido sulfúrico para ajustar el pH < 1 → calentar y hervir → separación de aceite-agua → neutralización de álcalis → coagulación → sedimentación → filtración → descarga.