Eficiencia del quitosano como coagulante durante el tratamiento de aguas de baja turbidez asociadas a la producción de petroleo

Eficiencia del quitosano como coagulante durante el tratamiento de aguas de baja turbidez asociadas a la producción de petróleo

Yaxcelys Caldera1*, Yim Rodríguez2, Hernando Oñate2, Jhosana Pratoy Edixon Gutiérrez3,4

1 Laboratorio de Investigaciones Ambientales. Núcleo Costa Oriental del Lago. Universidad del Zulia. Cabimas, estado Zulia, Venezuela. *yaxcelysc@hotmail.com

2 Facultad de Ingeniería y Tecnología. Universidad Popular del Cesar. Valledupar, Colombia.

3 Centro de Investigación del Agua. Facultad de Ingeniería. Universidad del Zulia.Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.

4 Escuela de Ingeniería Química. Facultad de Ingeniería. Universidad Rafael Urdaneta.Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.

Recibido 05-04-11 Aceptado 20-05-11

Resumen

El quitosano es un polímero natural que se ha empleado como coagulante primario en el tratamiento de aguas residuales. Sin embargo, son pocas las investigaciones sobre su uso en aguas complejas como las aguas de producción de petróleo (APP). En esta investigación se evaluó la e ciencia del quitosano como coagulante durante el tratamiento de APP de baja turbidez (52 NTU). Las muestras de APP provenientes de crudo pesado (APPP) se recolectaron en el Patio de Tanque de Ulé, Costa Oriental del Lago, estado Zulia Venezuela. Se trabajó con quitosano Comercial Sigma Chemical Co. (QC) evaluándose las concentraciones de 40, 42, 44, 46 y 48 mg/L. Se determinaron los parámetros hidrocarburos, aceites y grasas (A y G), demanda química de oxígeno (DQO), sólidos suspendidos totales (SST), sólidos suspendidos volátiles (SSV), turbidez, color y pH antes y después del tratamien-to con el coagulante. El QC fue e ciente para remover hidrocarburos, turbidez y color de las APPP, obteniéndose remociones superiores al 75% para la concentración óptima de 48 mg/L. Después del tratamiento con QC las con-centraciones de hidrocarburos disminuyeron a valores menores a los establecidos en la normativa ambiental. El QC se presenta como alternativa para remover hidrocarburos de las APPP.

Introducción

Las aguas de producción petróleo (APP) originadas durante la exploración y producción del crudo, presentan una serie de compuestos que varían dependiendo de localización geográ ca de los yacimien-tos, los métodos de extracción, los tratamientos químicos y del contacto entre el crudo y la formación. Entre las características sicoquímicas de las APP se destaca la concentración de hidrocarburos productode su contacto con el crudo, representado un problema cuando se intenta reutilizarlas o descargarlas,debido a los daños que pueden ocasionar [1].

Entre los tratamientos aplicados para disminuir los contaminantes se encuentra la coagulación.Existen varios productos que se emplean como coagulantes y oculantes para el tratamiento de aguas naturales y residuales, como sulfato de aluminio, policloruro de aluminio, cloruro férrico y polímeros sintéticos, entre otros [2]. Sin embargo, debido a diversas razones entre las cuales podrían mencionarse: incremento de la concentración del metal en el agua tratada, producción de lodo, toxicidad, efecto del pH y temperatura, dosis requeridas, costos y e ciencia, está aumentando el interés en desarrollar coagulantes alternativos de bajo costo, seguros, biodegradables y que no produzcan contaminación secundaria [2].

El quitosano es un polímero catiónico lineal, biodegradable, no tóxico, de alto peso molecular, de fácil aplicación y ambientalmente amigable [3,4]. El quitosano se ha empleado como coagulante prima-rio en aguas residuales industriales tales como las avícolas, lácteas, industrias de alimentos y cárnicas, como oculante para remoción de partículas coloidales sólidas y aceites, y para la captura de metales pesados y pesticidas en soluciones acuosas, así como también en aguas naturales con diferentes valores de turbidez [5].

En esta investigación se evaluó la e ciencia del quitosano como coagulante durante el tratamiento de aguas de producción de petróleo pesado (APPP) de baja turbidez.

Parte experimental

Preparación de la solución coagulante

Para la preparación de la solución coagulante se trabajó con quitosano comercial Sigma Chemical Co. (QC). La muestra se disolvió en ácido clorhídrico 0,10 M, preparando soluciones al 1,0% [6]. Se seleccionaron las concentraciones de 40, 42, 44, 46 y 48 mg/L de solución de QC.

Agua residual

Las APP se obtuvieron en el Patio de Tanques de Ulé, ubicado en la Costa Oriental del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela, provenientes de la separación del agua asociada a la extracción de crudo pesado (10oAPI-21,9oAPI). Se realizaron muestreos simples, ocho para la caracterización de las APP y tres para las pruebas de coagulación. Las muestras se almacenaron en recipientes plásticos de 20 L, se trasladaron al laboratorio y se refrigeraron a 4°C para su conservación.

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Yaxcelys Caldera et al. 47Revista Tecnocientí ca URU, No 1 Julio - Diciembre 2011 (45 - 52)

Proceso de coagulación

La evaluación de la coagulación se llevó a cabo utilizando un aparato de Prueba de Jarra modelo JLT6; se agregó 1 L de APPP, a cada uno de los seis vasos de precipitado de 1000 mL, tomando uno de estos como control. Posteriormente, se procedió a agregar el coagulante, al iniciar el mezclado rápido (100 rpm, 1min); se agregaron en cinco de los vasos de precipitado las diferentes dosis de coagulante (4,0; 4,2; 4,4; 4,6 y 4,8 mL) usando una pipeta, se procedió luego al mezclado lento (30 rpm, 20 min), para nalizar con la fase de sedimentación (30 min). Los ensayos se realizaron por triplicado, a una temperatura de 25 oC ± 1 °C. Los parámetros sicoquímicos de cada una de las muestras se midieron antes y después del tratamiento. Para determinar la concentración óptima se consideró la menor concentración (óptima) del coagulante que removió el mayor valor de hidrocarburos.

Parámetros analizados

Para la caracterización de las APP se determinó la turbidez, color, alcalinidad, pH, demanda química de oxígeno (DQO), aceites y grasas (A y G), hidrocarburos, fósforo, nitrógeno total Kjeldahl (NTK), metales, sólidos suspendidos totales (SST), sólidos suspendidos volátiles (SSV) y cloruros según lo establecido en los métodos estándar [7]. Mientras que los parámetros hidrocarburos, turbidez, DQO, SST, SSV, A y G, color y pH se analizaron antes y después del tratamiento de coagulación para evaluar la efectividad del quitosano.

Resultados y discusión

La Tabla 1 muestra los resultados de la caracterización sicoquímica de los parámetros más rele-vantes de las APP. Al comparar los resultados con la normativa ambiental vigente para descarga a cuer-pos de agua [8], se obtuvo que el pH fue de 8 unidades, encontrándose dentro del rango de 6 a 9, la DQO, SST y color estuvieron por debajo de los límites, mientras que las concentraciones de hidrocarburos, A y G y cloruros superan los límites establecidos.

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