1. ¿Qué es el Óxido de Etileno?
El óxido de etileno (EO) es el epóxido más simple, un éter cíclico de tres miembros con fórmula C₂H₄O. A 25 °C, su presión de vapor supera los 100 kPa, lo que lo convierte en un compuesto orgánico volátil altamente móvil e inflamable.
Las plantas modernas producen EO mediante la oxidación directa del etileno sobre catalizadores de plata promovidos con cloruros o renio, alcanzando selectividades superiores al 80 % (1)(2).
Debido a que el EO alquila fácilmente el ADN, está clasificado por la IARC como carcinógeno del Grupo 1 (3). Por ello, las autoridades reguladoras imponen límites extremadamente estrictos: tanto la OSHA como la Unión Europea establecen un límite ponderado de exposición de 1 ppm en 8 horas, y un límite de exposición de 5 ppm en 15 minutos en Estados Unidos (4).
En abril de 2024, la EPA estadounidense emitió una norma final que exige a las plantas químicas y esterilizadores comerciales reducir sus emisiones de EO en un 90 % e implementar sistemas de monitoreo perimetral (fenceline monitoring) (5).
Entre los principales usos industriales del EO destacan:
- (a) la producción de monoetilenglicol (MEG) para PET y anticongelantes,
- (b) la fabricación a gran escala de etoxilatos,
- (c) la esterilización a baja temperatura de dispositivos médicos sensibles al calor (6), y
- (d) la síntesis de etanolaminas y poliéter polioles para la industria del poliuretano.
Por tanto, las organizaciones que buscan cómo tratar efluentes con óxido de etileno, evaluar soluciones confiables para el tratamiento de aguas residuales con EO o diseñar estrategias de control de emisiones, encontrarán en este artículo información práctica y orientada a la aplicación industrial.Del mismo modo, este contenido resulta especialmente relevante para instalaciones que manejan gases de esterilización con EO, interesadas en tratamientos de aire y emisiones asociados a procesos de esterilización con óxido de etileno.
2. Derivados del Óxido de Etileno
La química de apertura del anillo del óxido de etileno (EO) genera una amplia gama de intermediarios esenciales para la industria moderna. La Tabla 1 resume las principales familias de derivados, mientras que las subsecciones siguientes profundizan en su síntesis, aplicaciones y comportamiento ambiental.
| Familia de derivados | Reacción principal | Aplicaciones clave | Notas del proceso |
| Glicoles de etileno (MEG / DEG / TEG) | Hidrólisis del EO | Producción de PET, anticongelantes, deshidratación de gas natural | Representan aprox. 60 % de la demanda mundial de EO |
| Polietilenglicoles (PEG 200–20 000 Da) | Polimerización aniónica | Lubricantes, excipientes farmacéuticos, tintas | Biodegradables hasta 14 kDa |
| Alcoholes / ácidos / aminas etoxilados | Etoxilación catalizada por base | Tensoactivos para detergentes y cosméticos | Reactor en cascada tipo CSTR, 120–180 °C |
| Etanolaminas (MEA / DEA / TEA) | EO + NH₃ | Captura de CO₂, inhibidores de corrosión | Generan efluentes alcalinos ricos en nitrógeno |
| Éteres de glicol (serie E) | EO + ROH | Pinturas, limpiadores, tintas de impresión | En su mayoría biodegradables |
| Poliéter polioles | Adición secuencial EO / (PO) | Espumas y elastómeros de poliuretano | Producen aguas residuales de alta salinidad |
| Nonilfenol etoxilados (NPEO) | EEO + nonilfenol | Detergentes industriales, desmulsificantes | Forman metabolitos disruptores endocrinos (NP) |
Estos derivados cubren un espectro de productos que va desde glicoles y surfactantes hasta resinas y polímeros funcionales, todos ellos con relevancia ambiental significativa debido a sus posibles impactos en el agua, el aire y los ecosistemas.
2.1 Glicoles de etileno (MEG, DEG, TEG)
La hidrólisis controlada del óxido de etileno produce monoetilenglicol (MEG), dietilenglicol (DEG) y trietilenglicol (TEG). Solo el MEG representa alrededor del 60 % del consumo mundial de EO. Estos glicoles presentan alta biodegradabilidad (BOD₅/COD ≈ 0,6) y se eliminan en más de un 90 % en sistemas de lodos activados (8).
2.2 Polietilenglicoles (PEG)
La polimerización aniónica del EO da lugar a PEGs con pesos moleculares que van desde 200 hasta más de 20 000 Da. Las cadenas de hasta ≈ 14 kDa se mineralizan fácilmente, mientras que los grados más pesados persisten por más tiempo en el ambiente (9). Sus aplicaciones abarcan desde lubricantes en base acuosa hasta laxantes y tintas para impresión ink-jet.
2.3 Etanolaminas
La reacción de EO con amoníaco en reactores tubulares adiabáticos produce monoetanolamina (MEA), dietanolamina (DEA) y trietanolamina (TEA). La MEA es el solvente principal en los sistemas de captura de CO₂ basados en aminas. Los efluentes generados son alcalinos y ricos en nitrógeno, por lo que requieren un tratamiento avanzado de nitrificación–desnitrificación (10).
2.4 Alcoholes, ácidos y aminas etoxiladas
La etoxilación catalizada por base incorpora cadenas hidrofílicas de EO a compuestos hidrofóbicos, creando tensoactivos con propiedades ajustables. Los alcoholes lineales etoxilados presentan biodegradación superior al 99 % en plantas de tratamiento de aguas residuales (WWTP), mientras que sus análogos ramificados y los nonilfenoles etoxilados (NPEO) no se degradan completamente, generando compuestos persistentes y disruptores endocrinos (11).
En la práctica, cualquier ingeniero que trabaje con efluentes derivados del óxido de etileno, por ejemplo, en el tratamiento de aguas residuales con surfactantes etoxilados o en la gestión de efluentes provenientes de procesos de etoxilación, debe equilibrar tres factores clave: toxicidad, salinidad y biodegradabilidad.Esta sección actúa como una guía concisa para el tratamiento de efluentes derivados del óxido de etileno (EtO), ofreciendo una visión práctica de cómo abordar los retos ambientales asociados a estos procesos industriales.
3. Caracterización típica de efluentes en plantas de óxido de etileno y derivados
Las plantas de producción de óxido de etileno (EO) y sus derivados generan tres corrientes principales de efluentes acuosos (ver Tabla 2).
El EO libre puede inhibir la actividad biológica en los sistemas de tratamiento, por lo que debe eliminarse mediante un proceso de desorción o “stripping” antes de la etapa biológica (6)(12).
| Corriente | Origen principal | Características típicas | Observaciones sobre el tratamiento |
| 1. Aguas de proceso (reacción y lavado) | Reactores, separadores, condensadores | DQO 2 000–10 000 mg/L; pH 9–11 | Óxido de etileno, glicoles y alcoholes |
| 2. Aguas de limpieza y drenajes | Lavados de equipos y líneas de producción | DQO 5 000–20 000 mg/L; Sales 5–15 g/L | Hidróxido de potasio, acetato y finos de catalizador |
| 3. Aguas de regeneración de resinas / purgas salinas | Unidades de intercambio iónico, enfriamiento y destilación | DQO 500–2 000 mg/L; COV < 50 mg/L | A menudo apto para tratamiento biológico directo |
Los estudios piloto con reactores biológicos secuenciales (SBR) lograron una eliminación de DQO del 79–86 % en aguas residuales reales de procesos con óxido de etileno (EO) y etilenglicol (EG), con un tiempo de reacción de 17 horas (13).
El uso de lodos granulares aerobios mejora aún más la resiliencia del sistema y la capacidad de sedimentación, ofreciendo mayor estabilidad operativa frente a variaciones de carga o toxicidad (14).Estos valores proporcionan a los operadores e ingenieros de plantareferencias prácticas al momento de:
- buscar en línea características típicas de efluentes con EO,
- estimar la DQO esperada de un efluente con óxido de etileno,
- planificar una campaña completa de análisis de aguas residuales (EtO wastewater analysis).
En conjunto, estos resultados sirven como base técnica y comparativa para optimizar los sistemas de tratamiento biológico y físico-químico en instalaciones que manejan efluentes derivados del óxido de etileno.
4. Estrategias de tratamiento de efluentes
4.1 Rutas físico-químicas
Cuando la DQO es poco biodegradable o la salinidad supera los ≈ 15 g/L, las tecnologías físico-químicas se convierten en la opción predominante:
- Evaporación–Cristalización (ZLD)
Los evaporadores y cristalizadores al vacío de Condorchem combinan la evaporación de múltiple efecto con cristalización forzada o de película descendente, logrando la descarga líquida cero (Zero Liquid Discharge) y recuperando un destilado de alta calidad (6)(7). - Procesos de Oxidación Avanzada (AOP)
Los sistemas Fenton, ozonización o fotocatálisis degradan tensoactivos recalcitrantes, como los nonilfenoles etoxilados (NPEO), reduciendo la DQO y aumentando la biodegradabilidad del efluente (11)(15).
Adsorción y Stripping
El carbón activado y los procesos de stripping con vapor o aire eliminan el EO residual y otros COVs antes del tratamiento biológico (5).
4.2 Rutas biológicas
Cuando la DQO biodegradable es inferior a 8 g/L y la salinidad es moderada, las opciones biológicas permiten minimizar los costes operativos y mantener la estabilidad del sistema:
- Lodos activados convencionales (CAS)
Eliminan más del 90 % de MEG, PEGs ligeros y MEA con tiempos de retención hidráulica (HRT) de 12–20 h (8). - MBBR / MBR (biofilm y membranas)
Los reactores de biopelícula móvil (MBBR) o biorreactores de membrana (MBR) manejan cargas de hasta 3 kg DQO/m³·día, generando efluentes con menos de 50 mg DQO/L (9). - Lodos granulares aerobios (AGS)
Presentan alta sedimentabilidad y tolerancia a cargas de choque, siendo adecuados para tratar PEGs ≤ 10 kDa (14). - Nitrificación–Desnitrificación / Anammox
Procesos esenciales cuando las etanolaminas elevan el nitrógeno total por encima de ≈ 1 g/L, permitiendo un equilibrio eficaz entre eliminación de carbono y nitrógeno (10).
Estas estrategias combinadas permiten diseñar sistemas híbridos y modulares, adaptables a la composición variable de los efluentes del óxido de etileno y sus derivados, asegurando tanto el cumplimiento normativo como la sostenibilidad operativa a largo plazo.
4.3 Matriz de selección tecnológica
| Condición clave | Tecnología recomendada |
| COD/BOD₅ > 2 con presencia de NPEO | AOP + ZLD (oxidación avanzada + descarga líquida cero) |
| COD < 8 g/L, TDS < 15 g/L | CAS / MBBR + ósmosis inversa (RO) |
| PEG > 20 kDa, sales > 20 g/L | PEG > 20 kDa, sales > 20 g/L Ultrafiltración (UF) + evaporación MEE/MVR + cristalización |
| NH₃ orgánico > 3 g/L | Neutralización + Fenton + pulido biológico |
En conjunto, la elección de un sistema ZLD para óxido de etileno —ya sea un cristalizador de alta eficiencia, un evaporador personalizado Condorchem, u otro tren híbrido de tratamiento— debe basarse en datos precisos de composición y carga del efluente.
Esta matriz sirve como una guía práctica para quienes se preguntan “cómo tratar efluentes con óxido de etileno (EtO)”, ayudando a alinear los objetivos de tratamiento con las limitaciones técnicas y operativas de la planta.
5. Conclusiones
El óxido de etileno (EO) es un compuesto esencial en numerosas cadenas de valor industriales, pero su toxicidad y volatilidad exigen un enfoque integral del ciclo de vida.
Seleccionar la combinación adecuada de tecnologías físico-químicas (por ejemplo, cristalización ZLD) y biológicas garantiza el cumplimiento con las normativas en evolución de la EPA y la Unión Europea, al tiempo que fortalece las credenciales ESG corporativas.
La publicación de indicadores clave de rendimiento (KPI) —como la eliminación de DQO superior al 95 % o la implementación exitosa de ZLD— no solo demuestra excelencia técnica, sino que también mejora la visibilidad profesional y digital.
En última instancia, un tratamiento eficaz de las emisiones y efluentes de óxido de etileno y la selección de la tecnología adecuada garantizan cumplimiento normativo, seguridad y sostenibilidad, convirtiendo este documento en una guía práctica de tratamiento de efluentes de EO dirigida a responsables técnicos y tomadores de decisiones industriales.
References
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Shell Catalysts & Technologies. “Ethylene Oxide Catalysts – High‑Selectivity Series.” 2023.
Mitsui Chemicals selects ethylene oxide catalyst from Shell Catalysts & Technologies.
Hydrocarbon Processing, Sept 2022 (turn5search0).
IARC. “1,3‑Butadiene, Ethylene Oxide and Vinyl Halides.” Monographs Vol 97, 2008.
CDC / OSHA. 29 CFR 1910.1047 – Ethylene Oxide.
U.S. EPA. “Actions to Protect Communities and Workers from Ethylene Oxide.”
April 2024 (turn0search7).
Condorchem Envitech. “Zero‑Liquid‑Discharge (ZLD) Systems and Technologies.” 2024
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Condorchem Envitech. “Industrial Vacuum Crystallizers for ZLD.” 2024 (turn0search1).
Feasibility Study on EO/EG Wastewater Treatment Using Pilot‑Scale SBR. ResearchGate,
2013 (turn1search1).
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granular sludge. ScienceDirect, 2020 (turn1search2).
Google Patents. US 4,355,181 “Process for Preparing Ethanolamines.”
Gamma‑Radiation/H₂O₂ Treatment of Nonylphenol Ethoxylates. Journal of Hazardous
Materials, 2015 (turn1search5).
CDC Infection Control. “Ethylene Oxide Gas Sterilization.” 2023 (turn0search4).
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Integrated physicochemical processes for high‑COD wastewater. ScienceDirect, 2023
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