Metales pesados en agua de producción petrolera

Los metales pesados en agua de producción petrolera son el parámetro que más veces bloquea una descarga ya resuelta en aceite y en sólidos: aparecen en concentraciones bajas, provienen de la formación y de la corrosión, y no responden a los procesos físicos del tren convencional. Este artículo parte de los criterios generales de metales pesados en efluentes mineros, cómo removerlos.

El agua de producción es, además, un medio hostil para las tecnologías clásicas de remoción de metales: la salinidad desactiva el intercambio iónico y la presión osmótica limita las membranas. Queda la adsorción, y dentro de ella, los medios que toleran fuerza iónica alta.

Qué son los metales pesados y por qué aparecen en agua de producción

Definición y química del problema

Bajo el rótulo de metales pesados conviven especies muy distintas: cationes metálicos como cadmio, níquel, zinc, plomo, mercurio y cobre, y oxianiones como arseniato, cromato o selenito. Esa diferencia importa porque los mecanismos de captura no son los mismos: los oxianiones se adsorben bien sobre superficies férricas y de titanio, mientras que los cationes dependen más del pH y de la competencia iónica. En agua de producción se suman el bario y el estroncio, que además condicionan la incrustación, y el radio natural asociado.

Qué medir antes de diseñar

Perfil completo de metales por espectrometría, con especiación cuando es posible —por ejemplo As(III) y As(V), o Cr(III) y Cr(VI)—, más pH, salinidad y cloruros, dureza, sulfato, hierro, aceite en agua, sólidos suspendidos y temperatura. Sin especiación, el dimensionamiento de un adsorbente es una estimación gruesa.

Cómo se detecta en planta: análisis e indicadores de campo

• Análisis de descarga que supera el límite en uno o dos metales puntuales.
• Variación estacional o por pozo del perfil metálico.
• Depósitos cuya composición revela el origen: corrosión propia o aporte de formación.
• Radio asociado a incrustaciones de sulfato de bario, que exige un manejo específico.

Causas: de dónde viene el problema

Disolución de minerales en la formación

El agua de formación está en equilibrio con la roca durante tiempo geológico e incorpora los elementos presentes en ella. Es un aporte que no se puede eliminar en origen: se trata en superficie.

Corrosión de tubulares y equipos

Hierro, níquel, cromo y cobre provienen en parte del propio sistema. Un circuito con corrosión activa aporta metales continuamente, lo que conecta este problema con el control de la corrosión microbiológica.

Concentración por recirculación del agua

Cuando el agua se recircula y se reusa, cada ciclo concentra lo que no se removió. Un esquema de reúso sin etapa de pulido de metales termina exportando el problema al final de la línea.

Consecuencias operativas y costos

Impacto sobre equipos, proceso y producto

Más allá del cumplimiento, los metales precipitados contribuyen a los sólidos que taponan la formación y ensucian membranas, como se detalla en el artículo sobre biofouling en membranas de ósmosis de campo. En esquemas de desalinización, además, condicionan el destino del rechazo, tema tratado en el artículo sobre agua salobre en campo.

Riesgo normativo y de descarga

Los metales pesados están entre las corrientes expresamente contempladas por la Ley 24.051 de residuos peligrosos y su Decreto 831/93, y la actividad se encuadra en la Resolución 105/92 de la Secretaría de Energía. Los valores límite para descarga y las condiciones de reinyección dependen de la autoridad provincial: en Neuquén, Mendoza, Chubut y Santa Cruz deben verificarse según la normativa provincial vigente, incluida la gestión de residuos con radio natural cuando corresponda.

Costo total: OPEX, paradas no programadas y reposición de activos

El costo de no cumplir incluye transporte y disposición del agua, restricciones operativas y exposición regulatoria. Frente a eso, una columna de pulido sobre una corriente ya desaceitada es una inversión acotada y de operación simple.

Soluciones convencionales y sus límites

Precipitación química: lodo y control de pH

Funciona, pero exige control fino de pH, genera un volumen importante de lodo que hay que caracterizar y disponer, y su eficiencia cae cuando hay agentes complejantes o salinidad alta.

Intercambio iónico: la salinidad lo desactiva

En agua de producción, la competencia de sodio, calcio y cloruros satura la resina rápidamente y multiplica el consumo de regenerante. Es una tecnología pensada para aguas de baja fuerza iónica.

Ósmosis inversa: límite osmótico en agua salobre

Rechaza metales, pero a costa de presión y de un rechazo concentrado que traslada el problema. En aguas de salinidad alta, deja de ser viable económicamente. Las condiciones de operación figuran en la ficha de RED-X®, el adsorbente férrico del sistema RED-OXY.

Solución Watch Water: Titansorb® y RED-X®

Titansorb®: adsorción sobre dióxido de titanio

Titansorb®, el adsorbente granular de dióxido de titanio, es el medio específico de Watch Water® para arsénico y metales pesados. Sus gránulos disocian el agua en H⁺ y OH⁻ y presentan una superficie hidrófila de alta afinidad por oxianiones y cationes metálicos; la adsorción es irreversible en condiciones de operación, sin desorción ni lixiviación del contaminante. Sus capacidades declaradas son de 48 a 60 g/kg para As(V), 20 a 30 g/kg para As(III) y 14 a 18 g/kg para Cr(VI), y también captura cadmio, mercurio, níquel, selenio, zinc, plomo, cobre, antimonio y uranio. Su rango óptimo de pH es 6,5 – 6,9.

Esas capacidades corresponden a condiciones ideales de laboratorio. La capacidad real depende de los iones competitivos presentes en el agua y debe estimarse con un ensayo de columna sobre la muestra del cliente. Un dato relevante para la operación: el medio agotado no es residuo peligroso según la documentación del fabricante y se dispone según los estándares ambientales habituales, aunque la caracterización local siempre debe verificarse.

RED-X®: adsorción férrica para oxianiones

RED-X®, el componente férrico del sistema RED-OXY®, el generador in situ de ferratos, se disuelve y genera especies férricas que forman flóculos de hidróxido de altísima superficie, con afinidad por arsénico As(III) y As(V), fosfatos, fluoruros, Cr(VI), cobre, H₂S, selenio Se(IV) y Se(VI) y radionúclidos como ²²⁶Ra, ²²⁸Ra y ²³⁸U. Es un granulado fino de fácil disolución, con densidad aparente de 980 – 1.020 kg/m³ y solubilidad superior a 200 g/L a 20 °C, que se prepara en solución al 5% con agua desmineralizada u osmótica. La documentación aclara expresamente que la adsorción no es un proceso selectivo, por lo que la dosis debe determinarse con pruebas de laboratorio o de campo.

Tren de tratamiento recomendado y orden de las etapas

1. Desaceitado y remoción de sólidos: ningún adsorbente trabaja bien bajo aceite libre.
2. Ajuste de pH al rango óptimo del medio elegido.
3. Coagulación férrica con dosis definida por ensayo cuando predominan oxianiones.
4. Filtración del floc y separación de lodos.
5. Columna adsorbente de pulido para alcanzar el valor objetivo.

Qué NO hacen estos medios

• No desalan ni reducen el TDS del agua de producción.
• No funcionan sobre agua con aceite libre: requieren desaceitado previo.
• Las capacidades declaradas son de laboratorio y caen con iones competitivos.
• El adsorbente de titanio opera hasta 40 °C y requiere pH ajustado.
• La coagulación férrica genera lodo que debe caracterizarse y disponerse.

Parámetros de diseño y dosificación

Análisis de agua requerido antes de dimensionar

Perfil metálico con especiación, pH, salinidad y cloruros, dureza, sulfato, fosfato, silicato, hierro, aceite en agua, sólidos suspendidos, temperatura y caudal en m³/h, más el límite objetivo aplicable.

Puesta en marcha, control analítico y mantenimiento

Se ajusta el pH al rango óptimo antes de la columna, se fija el tiempo de contacto según el ensayo y se controla el metal objetivo a la entrada y a la salida con la frecuencia que exija el requerimiento. El agotamiento se detecta por el aumento sostenido del valor de salida, que marca el momento de reponer el lecho.

Ejemplo típico de aplicación

Un escenario representativo es el de una operadora de la Cuenca Neuquina cuya agua de producción cumple en aceite y en sólidos pero no alcanza el valor objetivo en uno o dos metales. El planteo típico es una columna de pulido sobre la corriente ya desaceitada, con ajuste de pH previo y, cuando predominan los oxianiones, una etapa de coagulación férrica con filtración antes de la columna.

Qué se mide antes y después

• Perfil metálico con especiación en entrada y salida.
• pH y temperatura a la entrada de la columna.
• Aceite en agua y sólidos suspendidos, para proteger el lecho.
• Volumen tratado acumulado por metro cúbico de medio.
• Caracterización del lodo y del medio agotado.

Qué se puede y qué no se puede extrapolar

Se extrapola el esquema: desaceitar, ajustar pH, coagular si corresponde y pulir por adsorción. No se extrapolan las capacidades declaradas, que son de laboratorio y descienden con la competencia iónica propia de un agua salina; el volumen tratable se estima con ensayo de columna.

Próximo paso: análisis de agua y cotización

Qué datos enviar a GWC

• Perfil metálico completo, con especiación cuando sea posible.
• Caudal en m³/h y punto de instalación previsto.
• pH, salinidad, dureza, sulfato, fosfato y silicato.
• Aceite en agua y sólidos suspendidos a la entrada.
• Límite objetivo aplicable según la normativa provincial vigente.

Ensayo de laboratorio y prueba piloto en sitio

Un ensayo de columna con el agua real permite estimar la capacidad efectiva y el volumen tratable por metro cúbico de medio. Cuando el caudal lo justifica, se complementa con una prueba piloto en sitio antes del dimensionamiento final. Para el cuadro general del contaminante puede consultarse metales pesados en efluentes mineros: cómo removerlos.

Si su agua cumple en todo menos en metales, la etapa que falta es de pulido. Solicite su ensayo y cotización.

Solicitar ensayo de columna y cotización