Este artículo, compilado en base a las Especificaciones de diseño de tratamiento de aguas residuales químicas y de petróleo de China, está dirigido a ingenieros de procesos, supervisores de operación y mantenimiento y técnicos de EPC en refinerías y plantas de tratamiento de aguas residuales petroquímicas. Se centra en el pretratamiento-la primera línea de defensa en todo el sistema de aguas residuales. La causa fundamental de la mayoría de las intoxicaciones bioquímicas, el colapso de la nitrificación, los excesos en línea y las molestias por olores en las aguas residuales petroquímicas radica en la falla del pretratamiento.
I. Establecimiento de un entendimiento básico: el posicionamiento y el resultado final del pretratamiento de aguas residuales petroquímicas
El pretratamiento de aguas residuales municipales se centra principalmente en la eliminación y homogeneización de escorias; Los objetivos principales del pretratamiento de aguas residuales petroquímicas son: eliminación de aceite, desintoxicación, reducción de picos, mejora de la biodegradabilidad y protección de los sistemas biológicos posteriores.
Las aguas residuales petroquímicas contienen aceite flotante, aceite emulsionado, sulfuros, fenoles volátiles, compuestos de benceno e hidrocarburos aromáticos heterocíclicos, que exhiben fuertes propiedades inhibidoras. Las especificaciones requieren claramente que el contenido de petróleo en el afluente biológico A/O no exceda los 20 mg/L. Superar este umbral conduce fácilmente a un recubrimiento microbiano, una rápida disminución de la actividad y una superación directa de los estándares de nitrógeno amoniacal.
El pretratamiento no es simplemente "eliminación y sedimentación de lodos"; Abarca dos niveles principales:-pretratamiento in situ dentro de la planta + pretratamiento centralizado en la planta de tratamiento de aguas residuales. Las aguas residuales especiales altamente tóxicas (que contienen azufre, residuos alcalinos y aguas residuales de electro-desalinización) deben tratarse previamente en-el sitio dentro de la planta, y está estrictamente prohibida la descarga directa en el sistema integrado de aguas residuales para su dilución para cumplir con los estándares.
Principios generales-de nivel superior: separación de agua limpia y contaminada, separación de agua de lluvia y aguas residuales, pretratamiento diferenciado y medidas de amortiguación de emergencia.
II. Colección graduada a nivel de fuente- (tratamiento previo previo, más crítico que las estructuras)
Muchas renovaciones de plantas de tratamiento de aguas residuales se centran únicamente en la separación y flotación del agua-petróleo, descuidando el tratamiento diferenciado de la red de oleoductos, que es una solución superficial.
Aguas residuales-que contienen azufre: el agua del separador de agua-aceite en la parte superior de la torre, que contiene H₂S, NH₃ y fenoles volátiles, debe someterse a un pretratamiento de eliminación de aguas residuales-que contienen azufre. Después de la desulfuración y la eliminación del amoníaco, el agua purificada se incorpora al sistema de aguas residuales que contiene aceite-y no puede alimentarse directamente al sistema de tratamiento biológico.
Aguas residuales que contienen-petróleo: el agua procedente del lavado del área de los tanques, el enjuague de las bombas y el drenaje por hidrogenación/tratamiento atmosférico/de vacío constituye el principal afluente a la planta de tratamiento de aguas residuales y sigue la línea principal de "separación de agua-aceite → flotación". Residuos alcalinos/álcalis residuales: aguas residuales de lavado con álcalis de hidrocarburos líquidos y gasolina, pH alto, alto contenido de fenol, alto contenido de azufre, clasificadas como aguas residuales especiales de alto -riesgo, no pueden tratarse mediante métodos fisicoquímicos convencionales y se pretratan por separado mediante acidificación, recuperación de fenol y oxidación húmeda.
Aguas residuales de alta-salinidad: drenaje de desalinización electrostática y agua de lavado de desulfuración, TDS alto, recolectada por separado, tratada según sea necesario con tratamiento de endurecimiento, concentración de membrana y evaporación para evitar la acumulación continua de sal en todo el sistema.
Agua de lluvia inicial contaminada y agua de accidentes de incendio: el agua de lluvia del área de la planta y del área del tanque dentro de los primeros 15 a 30 minutos se considera agua de lluvia contaminada y se transfiere al sistema de aguas residuales; El agua de drenaje de accidentes y de lavado de fugas se almacena temporalmente en la piscina de accidentes, se evalúa, se diluye y se trata previamente antes de enviarse a la planta de tratamiento de aguas residuales de manera ordenada, y la descarga directa está estrictamente prohibida.
Aguas residuales limpias: Las aguas residuales de agua circulante y la descarga de agua desmineralizada se canalizan por separado, se les da prioridad para su reutilización y no afectan la carga bioquímica.
III. Unidades de pretratamiento físico-químico convencionales (principios, selección, parámetros de funcionamiento, fallas comunes)
1. Rejilla de barra y cámara de arena ciclónica (primera-etapa de intercepción física)
Función: Elimina plásticos, tiras de tela, fibras y arena, protegiendo las bombas aguas abajo, los dispositivos de liberación de aire disuelto y el empaque de obstrucciones y desgaste.
Puntos de operación y mantenimiento: Eliminación continua/cronometrada de escoria de la criba de barras mecánicas; eliminación regular de arena de la cámara de arena para evitar que las partículas de arena sean transportadas al separador de aceite y al sistema de flotación. El desgaste del rascador y el apelmazamiento de arena son problemas frecuentes.
2. Separador de aceite (separador de aceite de placa inclinada API/CPI, unidad central para eliminar el aceite flotante)
Principio: Utiliza la diferencia de densidad entre el petróleo y el agua para separar partículas de petróleo flotantes mayores o iguales a 100 μm por gravedad. El aceite flotante se recoge en un tanque de lodos para su reutilización. API es un tipo de flujo horizontal, mientras que los separadores de aceite de placa inclinada CPI ocupan menos espacio y tienen una mayor eficiencia de separación. Las nuevas refinerías deberían priorizar el IPC.
Puntos de Control: Retención hidráulica, temperatura del agua, ciclo de recuperación de aceite; El petróleo flotante debe recuperarse rápidamente. La acumulación excesiva de petróleo se emulsionará y será transportada hacia abajo, aumentando la carga en el sistema de flotación aguas abajo.
Limitaciones: Los separadores de aceite solo pueden eliminar aceite flotante, no aceite emulsionado o disuelto. Este es un error común en el-sitio.
3. Tanque de ecualización/tanque de equilibrio (reducción y amortiguación de picos, estabilización de la calidad y cantidad del agua)
Función: El drenaje intermitente de las plantas petroquímicas, el corte de agua en el área de los tanques y los impactos del agua de lluvia causan fluctuaciones significativas en la calidad del agua. El tanque de ecualización logra la homogeneización y ecualización de cantidades, y el pre-ajuste del pH, evitando impactos de pulsos de alta-concentración y alta-toxicidad en los procesos biológicos.
Aplicación práctica: Equipado con agitación/aireación para evitar la sedimentación y la producción anaeróbica localizada de sulfuro de hidrógeno; equipado con sistemas de alerta temprana en línea de pH e hidrocarburos de petróleo; El influente anormal se puede cambiar a un tanque de emergencia.
4. Coagulación + Flotación por aire disuelto (DAF) (Unidad principal para aceite emulsionado y contaminantes coloidales) El aceite disperso y el aceite emulsionado en el efluente del separador de aceite deben separarse mediante flotación por aire disuelto (DAF), lo que lo convierte en una pieza central del equipo para el pretratamiento de aguas residuales petroquímicas.
Principio: La adición de desemulsionantes, coagulantes (sales de hierro/aluminio) y PAM (partículas de AM) altera la capa de emulsión, lo que provoca que las gotas de aceite se desestabilicen y floculen. El aire disuelto presurizado genera microburbujas de 5 a 20 μm, que se adhieren a los flóculos y flotan hacia la superficie. Un rascador recoge la espuma (clasificada como espuma de residuos peligrosos).
Especificaciones (HJ2045): Relación de reflujo 30%–50%, presión del tanque de aire disuelto 0,3–0,7 MPa, presión de flotación primaria no inferior a 0,6 MPa; tiempo de residencia en el tanque de aire disuelto de 1 a 3 minutos, temperatura del agua menor o igual a 40 grados; Cada celda de flotación se puede inspeccionar de forma independiente fuera de línea, con una cubierta sellada y recolección y tratamiento de gases residuales para controlar los riesgos de envenenamiento por COV y H₂S.
Líneas rojas operativas y de mantenimiento: más reactivos no necesariamente son mejores; La adición excesiva de PAM puede provocar una posterior espuma biológica viscosa y suciedad en la membrana.
Indicadores objetivo: El contenido de petróleo en el efluente de flotación debe controlarse de manera estable por debajo de 20 mg/L, cumpliendo con los estándares del afluente para el tratamiento biológico.
5. Neutralización y pre-oxidación (para sulfuros y toxinas reductoras): después de eliminar las aguas residuales que contienen azufre-o durante el pretratamiento de residuos alcalinos, la pre-oxidación se puede utilizar para convertir sulfuros y algunos fenoles fácilmente degradables, reduciendo la biotoxicidad. Los métodos comúnmente utilizados incluyen oxidación con aire, hipoclorito de sodio y oxidación catalítica con peróxido de hidrógeno. La oxidación excesiva está estrictamente prohibida, ya que los oxidantes residuales inactivarán directamente las bacterias nitrificantes.
6. Hidrólisis y acidificación (desintoxicación, apertura del anillo, biodegradabilidad mejorada, pretratamiento mejorado antes del tratamiento bioquímico): para refinar aguas residuales con proporciones B/C bajas (0,1 a 0,3) y que contienen componentes aromáticos/heterocíclicos recalcitrantes, la hidrólisis y la acidificación son un método de pretratamiento importante, a menudo categorizado como "tratamiento pre-bioquímico".
Principio: Las bacterias anaeróbicas facultativas, en condiciones anaeróbicas, abren y rompen las cadenas de grandes moléculas orgánicas cíclicas, convirtiéndolas en pequeños ácidos orgánicos, aumentando la relación B/C y reduciendo la toxicidad. El valor fundamental no es eliminar significativamente la DQO, sino mejorar la biodegradabilidad.
Concepto erróneo: la acidificación por hidrólisis no es una panacea. El alto contenido de petróleo en el afluente puede causar directamente apelmazamiento del empaque, descomposición anaeróbica de lodos y explosiones de sulfuro de hidrógeno; debe realizarse después de la separación del aceite y la flotación por aire.
IV. Tecnologías especiales de pretratamiento de aguas residuales (pretratamiento en fuente de planta, de suma importancia)
1. Aguas residuales que contienen azufre-: extracción con vapor. La extracción de torre simple-/doble-torre elimina H₂S y NH₃. Se envía gas ácido para la recuperación de azufre. El agua purificada se recicla a la refinería o se incorpora al sistema de aguas residuales oleosas. Este es un proceso estándar en las refinerías.
2. Aguas residuales con alto contenido de-fenol: extracción con disolventes. Los fenoles de alta-concentración se extraen y recuperan preferentemente para reducir la carga de fenol antes de ingresar a la planta de tratamiento de aguas residuales, evitando una fuerte inhibición de las bacterias nitrificantes por parte de los fenoles.
3. Aguas residuales con alto contenido de sal-/electrodesalinización: pretratamiento con membrana dura, evaporación. Previene la incrustación de calcio y magnesio y la acumulación continua de sales, protegiendo los sistemas biológicos y de membranas de reutilización.
V. Tratamiento previo-de residuos sólidos y gestión de la seguridad (área de alto-riesgo de accidentes ambientales que se pasa fácilmente por alto)
1. Tres-Gestión de lodos: Los lodos de aceite de los separadores de aceite, la espuma de flotación y los lodos de hidrólisis/residuos bioquímicos son todos desechos peligrosos. Deben ser recolectados en un sistema cerrado, deshidratados y eliminados de acuerdo con las regulaciones por una agencia subcontratada. Se prohíben los vertimientos aleatorios y la descarga directa de lixiviados.
2. Riesgos de sulfuro de hidrógeno y explosión: los pozos de recolección de agua, los separadores de petróleo, los tanques de ecualización y los tanques de acidificación por hidrólisis son altamente susceptibles a la liberación de H₂S; las operaciones en espacios confinados deben ser inspeccionadas, tener ventilación forzada y estar aprobadas mediante un permiso de trabajo; las estructuras deben sellarse para la recolección de gases y los gases de escape deben enviarse a instalaciones de desodorización/COV; Los equipos eléctricos deben seleccionarse de acuerdo con los estándares-a prueba de explosiones.
3. Prioridad de alerta temprana en línea: el monitoreo en línea de hidrocarburos de petróleo, pH, ORP y sulfuros debe implementarse de manera preventiva. Cuando se activa una alerta temprana, se debe dar prioridad a cortar el afluente y desviarlo a un tanque de emergencia; No confíe en tratamientos biológicos para resistir el impacto.
VI. Decisión práctica-Lógica de toma de decisiones para la selección de procesos
Línea principal estándar para aguas residuales oleosas integrales en refinerías convencionales: Rejilla → Eliminación de arena → Tanque de ecualización → Separador de aceite → Coagulación y flotación → Hidrólisis y acidificación (según sea necesario) → Tratamiento biológico
Aguas residuales-que contienen azufre: pre-tratamiento mediante extracción dentro de la unidad, luego se incorpora agua purificada a la línea principal.
Residuos alcalinos, aguas residuales con alto contenido de-fenol y alto-sal: tratamiento previo-separado dentro de la unidad, luego conectado o desechado por separado después de cumplir con los estándares.
Aguas residuales de depósito de petróleo/granja de tanques pequeños y de carga baja-: la eliminación de petróleo mediante ciclón + flotación a pequeña-escala es suficiente
Regla de selección de una-frase: separación de petróleo para petróleo flotante, flotación para petróleo emulsionado, eliminación de la fuente de sustancias tóxicas, hidrólisis para sustancias difíciles-de-degradar y piscinas de emergencia para tratamiento de choque.
VII. Conceptos erróneos utilizados con frecuencia en el sitio (que afectan directamente la estabilidad del sistema; evite estos errores)
❌ Concepto erróneo: centrarse en la eliminación de DQO a gran-escala durante el pretratamiento ✅ Respuesta correcta: Los objetivos principales son el control del petróleo, la reducción de la toxicidad y la estabilización de la calidad del agua; La DQO no es el indicador principal.
❌ Concepto erróneo: el aceite emulsionado ingresa directamente al proceso de tratamiento biológico, dependiendo de la degradación microbiana. ✅ Respuesta correcta: los lodos de recubrimiento de aceite emulsionado hacen que el sistema de nitrificación sea extremadamente vulnerable al colapso.
❌ Concepto erróneo: las aguas residuales que contienen azufre-no se eliminan y se diluyen antes de ingresar a la planta de tratamiento de aguas residuales. ✅ Respuesta correcta: Los sulfuros son altamente tóxicos; incluso cantidades mínimas pueden inhibir la nitrificación, al tiempo que producen malos olores y suponen un riesgo de intoxicación.
❌ Concepto erróneo: los agentes de flotación aumentan continuamente independientemente del costo. ✅ Respuesta correcta: El exceso de floculantes/coagulantes introducirá un tratamiento biológico, lo que inducirá formación de espuma, lodos sueltos y suciedad en las membranas.
❌ Concepto erróneo: los tanques de emergencia se tratan como tanques inactivos. ✅ Respuesta correcta: Los tanques de emergencia son instalaciones de mitigación de riesgos ambientales; deben tener suficiente volumen efectivo y estar fácilmente disponibles para su uso.
Conclusión
La base de un sistema estable de aguas residuales petroquímicas no reside en el tanque de tratamiento biológico, sino en el proceso de pretratamiento.
La separación de petróleo, la flotación, la extracción, la acidificación por hidrólisis, las zonas de amortiguamiento de emergencia y las redes de oleoductos separadas forman colectivamente una "barrera de aislamiento de toxicidad". El pretratamiento adecuado garantiza la resistencia del sistema biológico a los impactos, niveles estables de nitrógeno amoniacal y fósforo total, y un menor consumo de reactivos y energía. Sin embargo, un pretratamiento ineficaz dará como resultado superaciones persistentes de los estándares incluso con los mejores procesos A/O, MBR y MBBR, lo que requerirá ajustes repetidos y mantendrá altos riesgos ambientales.
Quienes participan en la operación, el mantenimiento y el diseño de procesos de tratamiento de aguas residuales petroquímicas deben adoptar una mentalidad de "prioridad de fuente, pre-tratamiento y control de toxicidad sobre el control de carga", en lugar de centrarse simplemente en ajustar los parámetros del tanque de tratamiento biológico.
