Análise, Avaliação e Optimização do Sistema de Tratamento das Águas Residuais de uma Refinaria de Petróleo

Abstract

O objectivo deste trabalho foi a avaliação e melhoria do sistema de tratamento de águas residuais da Refinaria de petróleo do Porto - Galp Energia. Avaliada a situação actual de funcionamento da ETAR, no que se refere à eliminação dos principais poluentes, como hidrocarbonetos, óleos e gorduras, sólidos suspensos, sulfuretos, azoto total, fenóis, cloretos e matéria orgânica, propõem-se medidas correctivas, em termos de condições de operação ou do próprio sistema de tratamento.

A ETAR funciona regularmente e reduz a concentração de poluentes produzidos nas suas instalações. Os resultados da análise ao processo global de tratamento permitem concluir que o sistema remove significativamente os principais poluentes (entre 60-99%). No entanto, o sistema de tratamento biológico por lamas activadas apresenta eficiências de remoção de CBO5 e CQO relativamente baixas (cerca de 25%). O processo também deverá proporcionar uma maior remoção de sulfuretos, azoto e cloretos.

No que se refere à oxidação de sulfuretos, verificou-se, em laboratório, que a combinação ião férrico/ar conduz a uma maior eficiência de remoção, tendo sido demonstrado que esta depende da concentração e do tipo de catalisador.

Estudou-se laboratorialmente o processo de coagulação/floculação química com os seguintes coagulantes: PAX-18 (17% Al₂O₃), Al₂(SO₄)₃.16H₂O (17,0-17,1% Al₂O₃) e Fe₂(SO₄)₃, usando o produto NALCO 71408 como floculante. Os resultados obtidos permitiram concluir que na ETAR da Refinaria se poderá melhorar a eficiência deste processo aumentando a concentração de coagulante PAX-18de 20 mg/L para 30 mg/L. O tempo de residência hidráulico utilizado é de 4 min, que deve ser considerado baixo e, no mínimo, deveria ser duplicado para aumentar a eficiência do processo. No estudo efectuado à escala laboratorial as maiores eficiências de remoção de CQO, COT e turvação foram obtidas para um tempo de residência hidráulico de 12 min.

O processo de flutuação por ar dissolvido foi também estudado laboratorialmente, o que permitiu demonstrar que a eficiência de remoção de hidrocarbonetos aumenta com a razão A/S até 0,6 kg ar/kg HTP, atingindo-se uma remoção de 95% de hidrocarbonetos.

A fase final deste trabalho culminou com o estudo do tratamento biológico por lamas activadas da água residual à entrada do tanque de arejamento da ETAR, com o objectivo de avaliar a eficiência de remoção dos compostos biodegradáveis e determinar os parâmetros estequiométricos e cinéticos do processo. Nos ensaios realizados à escala laboratorial obtiveram-se elevadas eficiências de remoção de CQO (94-95%), COT (85-87%) e SST (98-99%). A remoção de matéria orgânica é bem descrita por uma cinética de pseudo-primeira ordem, com valores da constante cinética k de 0,055 e 0,059 mg SSV-1Ld-1, obtidos com e sem recirculação de biomassa, respectivamente.

A eficiência do sistema de tratamento biológico na ETAR pode melhorar se o tanque de arejamento operar com uma maior concentração de biomassa e um maior tempo de residência hidráulica. Uma medida possível seria aumentar a razão de recirculação para um valor de 0,8 a 1,0.

Alternate abstract:

The aim of this study was to evaluate and improve the system of waste water treatment at the oil Refinery of Porto - Galp Energia. After the evaluation of the actual performance of the WWTP, regarding the removal of the major pollutants, such as hydrocarbons, oils and grease, suspended solids, sulphide, total nitrogen, phenols, chlorine and organic matter, some corrective actions are proposed to the operating conditions. The plant operates regularly and considerably reduces the concentration of pollutants produced. The overall treatment process analysis has shown that the main pollutants are significantly removed (between 60-99%). However, the biological treatment system (activated sludge) is running with low BOD and COD removal efficiencies (about 25%). The process should also provide a higher removal of sulfur, nitrogen and chlorides. With regard to sulphide oxidation, laboratory tests suggest that the combination of ferric ion/air increases the removal efficiency, depending on the concentration and type of catalyst. The coagulation/flocculation process has also been studied at labscale with the following chemical coagulants: PAX-18 (17% Al₂O₃), Al₂(SO₄)₃.16H2O (17.0-17.1% Al₂O₃) and Fe₂(SO₄)₃, and using the NALCO 71408 product as flocculant. The obtained results suggest that the Refinery's process can be improved by increasing the coagulant PAX-18 concentration from 20 mg/L to 30 mg/L. A very low hydraulic residence time is actually used (4 min), and it must be, at least, doubled to increase the process efficiency. In the lab-scale study the best COD, TOC and turbidity removal efficiencies were obtained for a hydraulic residence time of 12 min. Laboratory studies for the dissolved air flotation process have shown that the hydrocarbons removal efficiency increases with the A/S ratio and reaches 95% for A/S = 0.6 kg air/kg HTP. The work has culminated with the study of the biological treatment process, by activated sludge, in order to evaluate the removal of biodegradable compounds and to calculate the process stoichiometric and kinetic parameters. At lab-scale experiments, high removal efficiencies for COD (94-95%), TOC (85-87%) and TSS (98- 99%) were obtained. The organic matter removal was well described by a kinetic pseudo-first order model, with a rate constant k = 0.055 and 0.059 mg SSV^-1Ld^-1, with and without biomass recirculation, respectively. The biological treatment process can be improved operating the aeration tank with higher biomass concentration and longer hydraulic residence time. Increasing the recirculation ratio to a value between 0.8 and 1.0 will also improve the process.