HACIA UNA GESTIÓN SOSTENIBLE DE LOS FANGOS DE REFINERÍA: APLICACIÓN DE UN PROCESO FENTON

Investigadores del Grupo de Ingeniería Química y Ambiental (GIQA) de la URJC han realizado un estudio en el marco del Plan de Acción de Economía Circular de la Unión Europea proponiendo un tratamiento tipo Fenton para la gestión de fangos de refinería con el objetivo de la valorización de cada una de sus fases.

Isabel Pariente – Grupo de Ingeniería Química y Ambiental – URJC

Hoy en día, la industria de la refinería genera grandes cantidades de residuos peligrosos (Sivagami et al., 2019). Los fangos aceitosos se producen en los fondos de los tanques de petróleo crudo, en emulsiones de aceite residual, en los separadores de agua/petróleo (API) y en las plantas de tratamiento de aguas residuales de las propias refinerías (Jafarinejad and Jiang, 2019). Debido a su composición, formada por compuestos tóxicos, la disposición inadecuada de los fangos conlleva graves riesgos ambientales, como la contaminación del suelo, las aguas subterráneas y el aire (Jasmine and Mukherji, 2015). Por ello, actualmente es muy demandado el desarrollo de tecnologías para tratarlo y valorizarlo adecuadamente en el marco de la economía circular y la sostenibilidad (Sivagami et al., 2019).

Típicamente, el tratamiento de fangos se basa en la separación de fases por espesamiento (utilizando un espesador por gravedad) o centrifugación, y luego deshidratación y almacenamiento antes de su disposición final. Actualmente, se han desarrollado varias tecnologías con el objetivo de mejorar la separación de la fase aceitosa mediante extracción con disolventes (Taiwo and Otolorin, 2009) o congelación-descongelación (Hu et al., 2015). Además, también se han propuesto algunos métodos de eliminación, como la incineración o la estabilización/solidificación (Hu et al., 2013), para gestionar los fangos de refinería. Sin embargo, estas tecnologías no evitan el riesgo ambiental asociado, por lo que aún se requiere el desarrollo de nuevas estrategias.

Los fangos de refinería están formados en su composición por diversos metales, como Fe, Al, Ca, Cu, Zn, que podrían ser potenciales catalizadores para reacciones de tipo Fenton (Zhang et al., 2014), lo que hace innecesaria la adición de un catalizador adicional, y reduciendo, por tanto, los costes de operación. Sin embargo, hasta el momento, este tratamiento catalítico utilizando los propios metales del fango no ha sido reportado en la bibliografía.

El objetivo del trabajo ha sido 1) oxidar y solubilizar parcialmente los fangos aceitosos, 2) liberar materia orgánica biodegradable a la fase acuosa, y 3) desestabilizar la emulsión aceite-agua-lodo mejorando así la separación de las tres fases.

En este trabajo se estudió minuciosamente el efecto de la temperatura y la carga de peróxido de hidrógeno, siendo la concentración de oxidante el parámetro más crítico. A 60 °C y con 90 g/L de peróxido de hidrógeno, el TOC de la fase líquida se incrementó hasta valores de 1336 mg/L y con un aporte notable de ácido acético como compuesto final oxidado (396 mgC/L). Adicionalmente, los compuestos de nitrógeno y fósforo también se disolvieron en la fase acuosa, alcanzando valores de 250 mg/L y 7 mg/L para nitrógeno total Kjeldahl y fósforo total, respectivamente.

Los ensayos de respirometría de la fase acuosa después del tratamiento de Fenton han demostrado un aumento de la biodegradabilidad de hasta un 49 %, lo que hace que esta fase sea adecuada para su posterior procesamiento biológico en el esquema de refinería. La reducción del contenido de hidrocarburos totales de petróleo(TPHs) (61 %), también ha mejorado la sedimentabilidad del efluente tratado (reduciendo el tiempo de succión capilar –CST- en aprox. 88 %).

La apariencia física del lodo cambió antes y después del pretratamiento, como se muestra en la Figura 1. La muestra de lodo de refinería era un fluido viscoso, negro, similar al crudo de petróleo. Tras el tratamiento Fenton en las condiciones óptimas obtenidas en este estudio (60 °C y 90 g/L de peróxido de hidrógeno), el fango fue fácilmente sedimentable y las tres fases se separaron perfectamente.

Figura 1. Aspecto del lodo aceitoso antes (a) y después (b) del pretratamiento Fenton a 60 °C y 90 g/L de concentración inicial de H2O2.

Los radicales hidroxilo generados en las reacciones de Fenton inducen la descomposición del fango aceitoso y destruyen la emulsión (Sun et al., 2020). Como se puede ver en la Figura 1, después del tratamiento Fenton, se podría aplicar un proceso de sedimentación por gravedad convencional, y evitar el elevado coste asociado con la centrifugación utilizada actualmente en refinería.

Las conclusiones extraídas de este estudio son las siguientes (Jerez et al., 2022):

1) El tratamiento Fenton da lugar a la reducción de los hidrocarburos totales de petróleo, al mismo tiempo que produce una solubilización del TOC en el medio acuoso.

2) Los ensayos de respirometría demostraron la mejora de la biodegradabilidad de la fase acuosa, fundamentalmente debido al aumento de la concentración de ácido acético, que puede servir como fuente de carbono para los microorganismos.

3) El tratamiento Fenton puede descomponer la emulsión estable y mejorar la separación sólido-líquido.

Por lo tanto, el presente estudio demuestra la viabilidad de la oxidación Fenton para el tratamiento de fangos de refinería, brindando así una opción alternativa para la gestión sostenible de este residuo peligroso.

REFERENCIAS

Hu, G., Li, J., Hou, H., 2015. A combination of solvent extraction and freeze thaw for oil recovery from petroleum refinery wastewater treatment pond sludge. J. Hazard. Mater. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2014.10.028

Hu, G., Li, J., Zeng, G., 2013. Recent development in the treatment of oily sludge from petroleum industry: A review. J. Hazard. Mater. 261, 470–490. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2013.07.069

Jafarinejad, S., Jiang, S.C., 2019. Current technologies and future directions for treating petroleum refineries and petrochemical plants (PRPP) wastewaters. J. Environ. Chem. Eng. 7, 103326. https://doi.org/10.1016/J.JECE.2019.103326

Jasmine, J., Mukherji, S., 2015. Characterization of oily sludge from a refinery and biodegradability assessment using various hydrocarbon degrading strains and reconstituted consortia. J. Environ. Manage. 149, 118–125. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2014.10.007

Jerez, S., Ventura, M., Molina, R., Martínez, F., Pariente, M.I., Melero, J.A., 2022. Application of a Fenton process for the pretreatment of an iron-containing oily sludge: A sustainable management for refinery wastes. J. Environ. Manage. 304. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.114244

Sivagami, K., Anand, D., Divyapriya, G., Nambi, I., 2019. Treatment of petroleum oil spill sludge using the combined ultrasound and Fenton oxidation process. Ultrason. Sonochem. 51. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2018.09.007

Sun, Z., Chen, X., Yang, K., Zhu, N., Lou, Z., 2020. The progressive steps for TPH stripping and the decomposition of oil refinery sludge using microbubble ozonation. Sci. Total Environ. 712. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.135631

Taiwo, E.A., Otolorin, J.A., 2009. Oil recovery from petroleum sludge by solvent extraction. Pet. Sci. Technol. https://doi.org/10.1080/10916460802455582

Zhang, J., Li, J., Thring, R.W., Hu, G., Liu, L., 2014. Investigation of Impact Factors on the Treatment of Oily Sludge using a Hybrid Ultrasonic and Fenton’s Reaction Process. Int. J. Environ. Pollut. Remediat. https://doi.org/10.11159/ijepr.2014.006

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