Trattare i reflui in raffineria ci pone di fronte a una sfida complessa. Quando pensiamo alle raffinerie la prima immagine che ci viene in mente è quella delle grandi grandi colonne di distillazione o dei serbatoi di stoccaggio. L’acqua di solito non rientra nell’immaginario, eppure è una delle protagoniste del settore.
Nel processo di raffinazione l’acqua viene impiegata per il raffreddamento degli impianti, per il lavaggio delle apparecchiature e in diverse fasi del ciclo produttivo, dove contribuisce al funzionamento e all’efficienza dei processi. Quando raggiungono l’impianto di trattamento i reflui non si presentano in modo uniforme, ma come un insieme di correnti molto diverse tra loro, con composizioni che cambiano in funzione delle lavorazioni, del greggio impiegato e delle condizioni operative dello stabilimento.
È questo il motivo per cui, anche nelle raffinerie, parlare di depurazione significa prima di tutto parlare di progettazione. Le migliori prestazioni dipendono come sempre sia dalla tecnologia installata sia dalla capacità di leggere i flussi, mantenerli separati quando necessario e indirizzare ciascuno verso il trattamento più adatto.
C’è un punto importante su cui convergono le linee guida della World Bank/IFC e le BAT Conclusions europee, i documenti ufficiali dell’Unione europea che definiscono quali sono le Best Available Techniques per uno specifico settore industriale. Nella raffinazione di petrolio e gas la gestione delle acque reflue inizia molto prima delle vasche biologiche o dei trattamenti avanzati. Parte dal modo in cui l’intero sistema idrico dello stabilimento viene progettato e gestito.
Negli ultimi anni questa impostazione ha assunto un’importanza crescente, così come sta avvenendo in altri settori, come quello cosmetico o quello galvanico. L’evoluzione della normativa europea, la maggiore attenzione al riutilizzo dell’acqua e la necessità di ridurre consumi e impatti ambientali stanno spingendo il settore verso una gestione sempre più integrata del ciclo idrico. La depurazione non è più un’attività separata dal processo produttivo, ma una componente fondante che influisce in modo diretto su continuità operativa, efficienza dell’impianto e sostenibilità dello stabilimento.
Una raffineria produce contemporaneamente acque con caratteristiche molto diverse. Alcune entrano in contatto con gli idrocarburi durante le lavorazioni, altre provengono dai sistemi di raffreddamento, altre ancora vengono generate nelle operazioni di lavaggio o durante le manutenzioni programmate. A queste si aggiungono le acque meteoriche raccolte nelle aree produttive e le sour water, correnti particolarmente ricche di ammoniaca e composti solforati.
Mettere insieme reflui così diversi significa aumentare il volume d’acqua da sottoporre ai trattamenti più complessi rendendo più difficile il controllo dell’intero impianto. Per questo motivo le BAT Conclusions indicano la separazione delle diverse correnti come una delle pratiche di riferimento per il settore.
L’obiettivo non è moltiplicare le linee di trattamento, ma evitare che reflui relativamente poco contaminati vengano inutilmente miscelati con quelli più critici, aumentando consumi energetici, utilizzo di reagenti e produzione di fanghi.
Le linee guida della International Finance Corporation sottolineano l’importanza di mantenere separate le diverse correnti di refluo e di convogliarle verso il trattamento più adatto alle loro caratteristiche. Una gestione di questo tipo limita la miscelazione tra acque con livelli di contaminazione molto differenti e contribuisce a rendere più stabile il funzionamento dell’impianto di depurazione.
La presenza di COD, solidi sospesi e oli minerali accomuna le raffinerie a molti altri comparti industriali. A fare la differenza è soprattutto il modo in cui questi contaminanti si combinano e variano nel tempo.
Un impianto può attraversare lunghi periodi di esercizio stabile e, nel giro di poche ore, trovarsi a gestire reflui con caratteristiche completamente diverse. È ciò che accade, ad esempio, durante una fermata programmata: le operazioni di lavaggio delle apparecchiature producono correnti che possono presentare concentrazioni e composizioni molto differenti rispetto a quelle generate durante la normale produzione. Tale variabilità rende più difficile mantenere costanti le prestazioni dell’impianto di depurazione.
I contaminanti di maggiore interesse individuati dalle BAT Conclusions sono numerosi e molto diversi tra loro:
La loro presenza e le relative concentrazioni dipendono dal tipo di greggio lavorato, dalle unità presenti nello stabilimento e dalle condizioni operative.
Le sour water vanno trattate con particolare attenzione. Queste correnti vengono normalmente sottoposte a trattamenti specifici prima di confluire nelle altre sezioni dell’impianto, proprio per limitare l’ingresso di ammoniaca e composti solforati nei processi successivi e preservare l’efficienza del trattamento biologico.
Conoscere un refluo prevede di comprenderne l’evoluzione nel tempo, individuare i momenti in cui cambiano portate e concentrazioni e progettare l’impianto tenendo conto di queste oscillazioni. È lo stesso principio che abbiamo approfondito nell’articolo dedicato all’analisi dei reflui industriali per impianti efficienti: la scelta della tecnologia nasce sempre dalla conoscenza del refluo reale, non da quello teorico.
Una volta separate le diverse correnti di refluo, il passo successivo consiste nel gestirne la variabilità. È un aspetto meno visibile rispetto alle tecnologie di trattamento, ma determinante per il funzionamento dell’intero impianto.
Le portate e le concentrazioni degli inquinanti non rimangono costanti durante la giornata. Le condizioni di esercizio possono cambiare in funzione del ciclo produttivo, delle operazioni di manutenzione o di eventi straordinari come gli avviamenti e le fermate programmate. Senza un sistema in grado di assorbire queste oscillazioni, anche un impianto correttamente dimensionato rischia di lavorare in condizioni non ottimali.
Sempre le BAT individuano nell’equalizzazione una delle pratiche di riferimento per il settore. Le vasche di accumulo consentono infatti di attenuare le variazioni di portata e di concentrazione, alimentando le sezioni successive con un refluo più omogeneo.
Una maggiore regolarità del carico favorisce l’efficacia del trattamento biologico e contribuisce a migliorare il controllo dei dosaggi chimici, riducendo il rischio di sovraccarichi improvvisi e rendendo più prevedibile il comportamento dell’intero impianto.
Prima di affrontare la componente organica disciolta è necessario ridurre la presenza di oli e idrocarburi liberi. Nelle raffinerie questa funzione è tradizionalmente affidata ai separatori API, sviluppati proprio per il settore petrolifero e ancora oggi ampiamente utilizzati come primo stadio della linea di trattamento. Il principio di funzionamento è relativamente semplice: sfruttano la differenza di densità tra acqua e idrocarburi per favorire la separazione gravitazionale.
Da soli, tuttavia, questi sistemi non sono sufficienti a rimuovere tutta la contaminazione presente. Le emulsioni più fini e parte dei solidi sospesi richiedono generalmente ulteriori trattamenti fisici e fisico-chimici, come flottazione ad aria disciolta (DAF), coagulazione e flocculazione, prima che il refluo raggiunga le sezioni biologiche.
L’efficacia di questa fase iniziale incide direttamente sulle prestazioni dei trattamenti successivi. Ridurre il contenuto di oli e solidi sospesi significa limitare il rischio di accumuli, fenomeni di intasamento e condizioni che potrebbero compromettere l’attività biologica.
Il monitoraggio condotto da Concawe evidenzia un miglioramento nella qualità degli effluenti delle raffinerie europee. Considerando esclusivamente gli impianti presenti sia nell’indagine del 2016 sia in quella del 2022, il carico relativo di Total Petroleum Hydrocarbons (TPH) si è ridotto del 29%. Il dato fotografa l’evoluzione registrata nel periodo analizzato, pur senza esaurire la complessità delle prestazioni ambientali del settore.
Eliminare oli e solidi sospesi rappresenta un passaggio indispensabile, ma non conclude il processo di depurazione. Una parte significativa del carico inquinante rimane infatti disciolta nell’acqua e richiede meccanismi di rimozione completamente diversi.
Per questo motivo il trattamento biologico continua a rappresentare il cuore della maggior parte degli impianti di depurazione presenti nelle raffinerie. Il processo a fanghi attivi è ancora la tecnologia biologica più diffusa negli impianti europei e tratta circa il 63% del volume complessivo sottoposto a depurazione biologica (dati Concawe). Il suo compito è degradare la sostanza organica biodegradabile e contribuire alla riduzione del Chemical Oxygen Demand (COD) e di altri parametri previsti dalle autorizzazioni ambientali.
La composizione dei reflui petroliferi, tuttavia, rende questo lavoro particolarmente impegnativo. Accanto ai composti facilmente biodegradabili possono essere presenti molecole aromatiche, fenoli e altre sostanze che degradano più lentamente o risultano solo parzialmente assimilabili dai microrganismi.
Le variazioni improvvise di portata o di composizione del refluo possono alterare l’equilibrio della biomassa e ridurre l’efficienza complessiva del trattamento.
Proprio per questo le prestazioni dell’impianto non dipendono esclusivamente dalla tecnologia biologica adottata, ma dall’intera sequenza di operazioni che la precede: separazione delle correnti, equalizzazione, rimozione degli oli e controllo dei carichi rappresentano elementi strettamente collegati.
Per quanto efficaci, i trattamenti convenzionali non sono sempre sufficienti a raggiungere gli obiettivi richiesti dalle autorizzazioni ambientali o dai progetti di riutilizzo dell’acqua.
Come abbiamo raccontato spesso sulle pagine di questo blog, alcuni contaminanti possono risultare poco biodegradabili oppure essere presenti in concentrazioni tali da richiedere un affinamento ulteriore dell’effluente. È il caso, ad esempio, di alcune molecole organiche persistenti, di composti aromatici o di sostanze che devono essere ulteriormente ridotte prima dello scarico o del riutilizzo.
In queste situazioni la depurazione può essere integrata con tecnologie avanzate, selezionate in funzione delle caratteristiche del refluo e degli obiettivi da raggiungere. Le Best Available Techniques richiamano, tra le possibili soluzioni, processi di adsorbimento su carbone attivo, tecniche di filtrazione a membrana e sistemi di ossidazione, da adottare quando i trattamenti convenzionali non consentono di ottenere le prestazioni richieste.
La scelta della tecnologia non dipende dalla presenza di un singolo contaminante, ma dal comportamento complessivo del refluo. È un principio valido anche in altri comparti industriali e che ritroviamo, ad esempio, nei processi di ossidazione avanzata: ogni soluzione deve essere progettata a partire dalle caratteristiche della matrice da trattare e non applicata come risposta standard.
Per molti anni l’obiettivo principale degli impianti di depurazione è stato garantire il rispetto dei limiti autorizzativi allo scarico. Oggi, pur rimanendo questo un requisito imprescindibile, la prospettiva si è ampliata. La crescente pressione sulle risorse idriche e l’attenzione verso l’economia circolare stanno spingendo molte realtà industriali a valutare il recupero e il riutilizzo dell’acqua all’interno dei propri processi. Anche nel settore della raffinazione, la qualità dell’effluente finale può diventare un elemento strategico per ridurre il ricorso a nuove risorse idriche, laddove le condizioni tecniche e normative lo consentano.
Questo richiede un approccio progettuale che consideri il trattamento dei reflui non come una fase isolata, ma come parte integrante della gestione dell’acqua nello stabilimento. La possibilità di recuperare una quota delle acque trattate dipende infatti dalla continuità delle prestazioni dell’impianto, dalla stabilità della qualità dell’effluente e dalla capacità di controllare nel tempo i principali parametri di processo.
Sono temi che abbiamo affrontato anche negli approfondimenti dedicati al riuso delle acque industriali e all’analisi dei reflui: conoscere il comportamento dell’acqua lungo tutto il ciclo produttivo rappresenta il presupposto per individuare le opportunità di recupero e ottimizzare l’intero sistema.
La progettazione di un impianto efficace non si esaurisce con la scelta delle tecnologie. Una volta avviato il trattamento, diventa fondamentale verificare nel tempo il comportamento del refluo e la risposta delle diverse sezioni dell’impianto.
Le BAT Conclusions dedicano ampio spazio proprio al monitoraggio, indicando la necessità di controllare con regolarità parametri come COD, TOC, solidi sospesi, idrocarburi, azoto ammoniacale e altri contaminanti caratteristici del settore.
L’obiettivo principale è quello di individuare tempestivamente eventuali variazioni nella qualità del refluo, per prevenire condizioni di instabilità e supportare la gestione operativa dell’impianto.
In questo senso il monitoraggio rappresenta uno strumento di conoscenza oltre che di controllo. La disponibilità di dati affidabili permette infatti di comprendere come cambiano i reflui nel tempo e di intervenire prima che una variazione si traduca in una criticità operativa.
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