trabajo final tdi

PLANTEAMIENTO DE

UNA PLANTA DE

AGUAS RESIDUALES

INDUSTRIALES

TRABAJO

MONOGRÁFICO

FINAL

ALUMNOS:

MANRIQUE VILLARREAL GIANCARLO RAÚL 20091348J POMA LINARES OSCAR JUNIOR 20102671F

CURSO: TRATAMIENTO DE DESECHOS INDUSTRIALES

PROFESOR: MSC. ING. ROSA YAYA BEAS

CICLO: 2015 – II

LIMA – PERÚ

2015

TRABAJO MONOGRÁFICO FINAL

TRATAMIENTO DE DESECHOS INDUSTRIALES

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“PLANTEAMIENTO DE UNA PLANTA DE

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

INDUSTRIALES”

I. Caracterización del efluente de la industria de refinación de aceites – Planta “ALICORP”:

Las aguas residuales resultantes del proceso de refinación de aceites tienen parámetros muy

elevados de DQO, DBO5, Sulfatos y Dureza, esto debido a las impurezas añadidas para el

proceso de refinación. La industria ALICORP S.A.A. tiene suficiente espacio para la

implementación de una Planta de tratamiento. En el ensayo no se encontraron agentes

tóxicos, por lo tanto, el efluente es biodegradable.

El laboratorio otorgó los siguientes resultados:

PARÁMETROS UNIDAD VALOR MINIMO VALOR MEDIO

VALOR MAXIMO

Caudal m3/día 137 275 350

Caudal máximo horario m3/h - - 50

DBO5 mg/L 711 2751 3899

DQO mg/L 1403 4736 8323

SST mg/L 345 515 649

Aceites y Grasas afluente mg/L 36 87 500

pH - 7.0 - 7.5

T° °C 29 32 35

Fósforo total mg/L 1 2 3

Nitrógeno mg/L 5 29 86

Sulfatos

Alcalinidad

Dureza

mg/L

mg/L

mg/L

2500

190

90

5269

319

417

8323

739

1.300

Fuente: Datos de ALICORP obtenido por Laboratorio Acreditado



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De acuerdo a la ubicación se debería verter al sistema de alcantarillado sanitario, sin embargo,

se decidió que el cuerpo receptor final fuese el Río Rímac. Para esto, se encontró información

del monitoreo de la calidad del Río Rímac en DIGESA. Llegando a identificar que la calidad

correspondiente es la tomada en la Estación 25 y que luego de esta estación hay una zona

perteneciente al sector agricultura. Con esta información se tiene que nuestra calidad de agua

deberá ser tal que la mescla con el Río Rímac cumpla con los parámetros de un ECA 3.

Gráfica 01: Identificación de la estación 25

Gráfico 02: Identificación del Sector agricultura en la zona más baja



3

Se tomarán en cuenta datos pertenecientes a la empresa ALICORP del año 2011:

Parámetros Valores Unidades

Río Rímac ECA 3

DBO5 7.1 15 mg/L

DQO 81 40 mg/L

SST 522

mg/L

Aceites y Grasas - 1 mg/L

pH 9.38 6.5-8.5 -

T° 21.5 - °C

Nitrógeno 1.8 10 mg/L

Fuente DIGESA: Parámetros del río Rímac y comparación con el ECA categoría 3

Como se observa, el Río Rímac no cumple con los valores de ECA – Categoría 3, por lo que

nuestra calidad de agua deberá cumplir como mínimo los estándares de calidad ambiental

categoría 3.

PARÁMETROS UNIDAD VALORES

EFLUENTE ECA -3

DBO5 mg/L 3899 15

DQO mg/L 8323 40

SST mg/L 649 -

Aceites y Grasas mg/L 500 1

pH - 7.5 6.5 a 8.5

T° °C 35 -

Fosforo Total mg/L 3 1*

Nitrógeno mg/L 86 10**

0.06**

Sulfatos mg/L 8323 300

Alcalinidad mg/L 739 -

Dureza mg/L 1.3 -

Fuente: Elaboración propia

*En este caso el valor mostrado representa a los Fosfatos – P. **En este caso se representa a los nitritos y nitratos.

II. Planteamiento de Tratamiento para el efluente de la refinería de aceite:

Entonces el planteamiento de nuestra planta de tratamiento de aguas residuales estará

enfocado principalmente en bajar las concentraciones de DBO5, DQO, Aceites y Grasas, pH,

Fósforo Total, Nitrógeno y Sulfatos.



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1. CONDICIONES DE INGRESO A LA PLANTA DE TRATAMIENTO:

A la planta de tratamiento llegará la corriente que sale del proceso de la planta de aceites, la

corriente debe pasar por un intercambiador de calor, para bajar su temperatura de ingreso a

la planta a menos de 35°C ya que de lo contrario, los procesos que conformen la planta de

tratamiento de aguas residuales se verán expuestas a deficiencias en su operación.

2. SEPARADOR DE SÓLIDOS FINOS:

En esta etapa el objetivo es eliminar aquellos sólidos mayores a 1 mm que afectan

principalmente al tratamiento biológico, para lo cual, se contempla la utilización de un tamiz

de instalación en presión, es el primer equipo de la planta de tratamiento. El sistema es un

filtro rotatorio auto-limpiante, el cual está dimensionado para el caudal máximo horario. El

filtro será de acero inoxidable y poseerá un rebalse por sobre carga, el cual irá a una cámara de

inspección y de ahí al desagüe interno de la planta.

La ventaja de este sistema radica en que es un equipo auto-limpiante, lo cual permite retro-

lavar el filtro y evitar su obstrucción producto del contenido de grasas.

3. ECUALIZADOR:

El ecualizador lo utilizaremos para poder mantener constante el paso del flujo en todo

momento de la operación. Esto nos va ayudar a que el diseño en los posteriores procesos no

se vean afectado por la variación de caudal. Los principales beneficios que se derivan de la

utilización del ecualizador en nuestra planta es que tanto el flujo, reducción de área (nosotros

controlamos el caudal que es uno de los parámetro para poder saber el área a utilizar),

controlar las reacciones que puedan producirse por la composición del agua residual

proveniente de los procesos ya mencionados anteriormente. Cabe indicar que después de los

ecualizadores vamos a colocar bombas que impulsarán el agua residual que sale del

ecualizador.

4. NEUTRALIZACIÓN:

En ésta etapa se realiza la dosificación de agente neutralizante (soda cáustica), con el objeto

de ajustar el pH al nivel óptimo para las posteriores etapas de coagulación y floculación. La

soda es adicionada mediante una bomba dosificadora la cual está comandada por un sistema

de control automático de pH que permitirá que ésta operación se realice en forma totalmente

automática y eficiente, optimizando los consumos de reactivos. El sensor se instala para medir

el pH a la mezcla, el cual es derivado hasta la celda de flujo.

La celda de flujo cuenta además con un manómetro para lectura de la presión, y con válvulas a

su entrada y salida que permiten una rápida mantención o reposición de la sonda. La zona de

químicos y de las bombas dosificadoras se encuentra techada. Además, cuenta con un sistema

de contención de derrames.



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5. COAGULACIÓN Y FLOCULACIÓN:

En esta etapa el objetivo es neutralizar el potencial Z de los residuos industriales líquidos a fin

de provocar la desestabilización de los coloides y proteínas, de forma tal de poder facilitar su

posterior separación.

Este fenómeno eléctrico se produce por el aporte de un agente coagulante (cloruro férrico).

Además, se suministran una bomba dosificadora de coagulante y de un sistema de preparación

y dosificación de polímero en emulsión o en solución. La dosificación del floculante (poli

electrolito) permite la formación de coágulos de gran tamaño (flóculos), los que son removidos

en la etapa posterior de flotación. El polielectrolito utilizado es del tipo catiónico en dispersión

acuosa al 0.5 %, el cual es preparado y dosificado en un equipo para preparación y dosificación

totalmente automática.

Entonces a continuación los residuos industriales líquidos alimentado al floculador tipo

laberinto tubular, en donde los agentes químicos son incorporados.

A diferencia de los floculadores en tanque, el utilizado es del tipo flujo pistón. La capacidad

requerida de mezcla es obtenida por intercambio energético provocado por turbulencia. El

floculador de tubo ofrece las siguientes ventajas:

• La dosificación de reactivos es bastante precisa. • El tiempo de residencia es despreciable resultando en un corto tiempo de reacción y mezclado. En el floculador el caudal recibe agua saturada en aire (agua de recirculación) proveniente de

la salida de la unidad de flotación.

6. MEDIDOR DE CAUDAL:

Lo utilizaremos antes de que se entre al tratamiento primario, para poder asegurarnos si el

caudal es constante y no tener problemas en los procesos posteriores a utilizarse.

7. FLOTACIÓN:

El sistema de flotación empleado es el sistema DAF, que separa las partículas sólidas en el agua

residual. Gracias a su diseño simple, la unidad es fácil de operar y su costo de instalación,

operación y mantenimiento es mínimo. Esta tecnología reduce el volumen del sistema

significativamente y lo hace extremadamente compacto. La flotación por aire disuelto se utiliza

para remover aceites, grasas, sólidos, proteínas o cualquier otro coloide.

Los residuos industriales líquidos ingresan al equipo vía un sistema de distribución que permite

la primera fase de aeración para saturar al agua con aire; y la post-aeración, para sobresaturar

el agua de recirculación con el fin de generar la cantidad necesaria de micro burbujas.



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La mezcla de agua con micro burbujas es uniformemente distribuida en el compartimiento de

entrada, en donde las partículas con menor densidad que el agua rápidamente flotan hasta la

zona de remoción de flotantes en la zona superior del equipo. En el compartimiento de las

placas corrugadas el flujo es estable y de patrón laminar, lo que permite maximizar la

eficiencia de separación. El vertedero de salida controla el espesor de la capa de flotantes, lo

que permite controlar la humedad de los lodos evacuados del equipo.

Cualquier sólido pesado previo al ingreso a la zona de placas, sedimentará hasta la zona

inferior del equipo. La descarga de los sedimentables se efectúa por medio de un tornillo

inferior en espiral y una válvula de descarga automática. La descarga es controlada por un

temporizador, que opera una válvula neumática. El ciclo de descarga tiene también un efecto

auto – limpiante debido al breve shock que provoca en el volumen total del equipo. Cualquier

partícula adherida a las paredes se soltará y volverá a su patrón de flujo original. La

incorporación de aire al sistema es controlada automáticamente desde el panel de control.

7.1. Automatización:

El sistema de control y automatización ha sido estructurado para que la operación de la planta

requiera un mínimo de atención por parte del operador.

8. DOSIFICACIÓN DE NUTRIENTES

Debido a que los residuos líquidos generados en el proceso productivo, no cumplen con la

relación carbono/nitrógeno/fósforo recomendados para el crecimiento bacteriano, se

contempla la dosificación de nitrógeno y fósforo. Esta etapa, constituye un punto crítico

dentro de la implementación de los procesos biológicos dado que la falta de nutrientes, no

permite la complementación alimenticia necesaria, para el óptimo crecimiento de las bacterias

y por consecuencia la biodegradación de la materia orgánica remanente en el tratamiento

biológico. La dosificación de nutrientes se hace en la cámara de distribución de caudal, antes

de que el RIL ingrese al tratamiento biológico, lo que permitirá una mezcla óptima.

Relación de nitrógeno y fósforo recomendada:

5

100

)(

)(5 ppmN

ppmDBO

TOTAL 1

100)(5 TOTALP

ppmDBO

Para la dosificación de nutrientes se contemplan los siguientes equipos para dejar operativo el

sistema:

• 1 Bomba dosificadora para fósforo, cuya capacidad es de 335 ml/min a 70 m. • 1 Bomba dosificadora para nitrógeno, cuya capacidad es de 75,3 ml/min a 40 m.



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9. TRATAMIENTO BIOLÓGICO:

El sistema de tratamiento biológico a implementar es el sistema de lodos activados modalidad MBR. Los parámetros de entrada al sistema de tratamiento biológico se muestran en la siguiente tabla:

9.1. SISTEMA MBR:

El término Reactor Biológico de Membrana (MBR) hace referencia a la combinación de un proceso de lodos activos y de separación mediante membranas. El principio del proceso consiste en que las aguas residuales se ponen en contacto con una población microbiana mixta, en forma de suspensión floculenta en un sistema aireado y agitado. A diferencia de los sistemas más tradicionales, en el MBR el agua es filtrada por medio de membranas de fibra hueca que no permiten el paso de sólidos, quedando el lodo dentro del reactor. El proceso de MBR combina las operaciones de la unidad de aireación, clarificación y filtración secundaria en un solo proceso, produciendo una alta calidad de efluentes, lo que simplifica la operación y reduciendo en gran medida las necesidades de espacio. El resultado del proceso es un agua tratada de alta calidad, lo que permite incluso la reutilización de ésta, para procesos de limpieza de instalaciones, agua de servicio o riego de áreas verdes. El biorreactor de membrana (MBR) es un proceso que consiste en un reactor biológico de lecho suspendido integrado con un sistema de membrana de ultrafiltración. Las membranas se sumergen en un tanque de aireación, en contacto directo con la mezcla. A través del uso de una bomba se aplica vacío a través de las membranas y se succiona el agua tratada, dejando en el estanque de membrana el lodo, el que posteriormente será recirculado a los reactores biológicos o purgados del sistema hacia el estanque de lodos. Además, se introduce un flujo de aire intermitente en la parte inferior del módulo de membrana, produciendo turbulencias que recorre la superficie externa de las fibras huecas, logrando con esto homogeneidad en el líquido, impidiendo que los sólidos obstruyan las fibras. La tecnología de membrana, soluciona los problemas asociados a la operación de los lodos activados convencionales.

PARÁMETROS UNIDAD VALORES MÁXIMOS

Caudal m3/día 350

DBO5 afluente m3/día 2.000

SST afluente mg/l 50

Aceites y Grasas mg/l 10

pH - 5.5 – 7.0



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Reactores Biológicos: Se consideran dos reactores de hormigón armado rectangular de 4.0 m. de ancho, 17.5 m. de largo y 5.0 m. de altura útil, equivalentes a un volumen de 700 m3 totales. A continuación se muestra el dimensionamiento de los reactores biológicos:

PARÁMETROS UNIDAD VALORES

Cantidad de Reactores N° 2

Volumen de cada reactor m3 350

Volumen total m3 700

Altura útil m 5.0

Área total m2 140

Área por reactor m2 70

Ancho m 4.0

Largo m 17.5

AOR por reactor kg/h 26.5

MLSS kg/m3 < 10

SOTR por reactor Kg/h 47.3

Como resguardo del sistema de tratamiento biológico, se considera una geometría rectangular más alargada, la cual tiene como objetivo controlar la población de bacterias filamentosas en el sistema de lodos activados. En caso que los reactores se vean afectados por un aumento de filamentosas, estas podrán ser tratadas en forma separada adicionando hipoclorito de sodio y/o cambiando las condiciones de operación de los reactores para poder dar solución a este problema. En todos los lodos activados existen microorganismos filamentosos formando una especie de red denominada macro estructura flocular. Por tanto, se puede afirmar que estos son componentes normales de la población del lodo, si bien, y bajo condiciones específicas pueden entrar en competencia con las bacterias formadoras de floculo, originando una serie de efectos sobre el lodo biológico, evitando que éste sedimente e influyendo directamente en la calidad del agua tratada. En el caso del sistema MBR, no se ve afectado el proceso ni la calidad de agua tratada, solo se verá reflejado en el número de veces que sea necesario el lavado de las membranas. Por otra parte, si la cantidad de filamentos es alta podemos encontrarnos con dos tipos de problemas:

Esponjamiento filamentoso o “bulking”: El lodo activo sólo sedimenta lentamente y no se compacta, o lo hace pobremente, debido a que en él se ha producido un hinchamiento o esponjamiento provocado por una excesiva proliferación de bacterias filamentosas.



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Para dar solución a este problema existe una línea de dosificación de hipoclorito de sodio en la entrada del agua a los reactores biológicos, lo que permitiría disminuir su concentración.

Espumamiento biológico o “foaming”: Los microorganismos filamentosos producen una espesa espuma coloreada (en colores del blanco al marrón) y en muchos casos abundantes flotantes en decantación secundaria.

Para dar solución a éste problema, la planta de tratamiento incluye rociadores sobre los reactores que permitirán bajar el nivel de espuma en los reactores, además, cuenta con una compuerta tipo vertedero por reactor que permitirá evacuar éstas espumas hacia el ecualizador, donde se podrá agregar anti espumante y así poder controlar el problema. Factores importantes que favorecen el crecimiento de filamentosas en el sistema de lodo activado: • Oxígeno disuelto: El tanque de aireación debe ser operado con una concentración mínima de oxígeno disuelto de 2 mg/L. • pH: Condiciones de bajo PH en el tanque de aireación promueven el crecimiento de hongos. • Temperatura: Afecta significativamente a proceso bioquímicos y a la solubilidad del oxígeno en el tanque de aireación. Todos estos factores han sido considerados en el diseño de la planta y se ha tenido especial cuidado en que todos estos factores sean controlados automáticamente desde la sala de control de la planta. En el caso de la temperatura, al inicio del proceso se ha incorporado un intercambiador de calor con el objeto de disminuir la temperatura de la corriente principal del sistema, garantizando con esto una temperatura de ingreso a la planta menor a 30°C. El tema del pH se controla antes de ingresar a la planta y en el DAF, previo ingreso al sistema de tratamiento biológico. El suministro de oxígeno en el sistema de tratamiento biológico, es controlado automáticamente por medio de medidores de oxígeno disuelto, ubicados en cada reactor, el cual está enlazado al variador de frecuencia de los sopladores permitiendo regular la cantidad de aire necesaria para el proceso. El sistema de aireación de los reactores es mediante sopladores y difusores de burbuja gruesa. Los tres sopladores que conforman el reactor tendrán la siguiente configuración de operación: Para los 2 reactores Biológicos, se utilizarán 3 Sopladores, los cuales trabajan en sistema de rotación 2+1 y serán automatizados a partir de los medidores de oxígeno disuelto y por medio de 2 válvulas actuadas que permitirán la rotación de los sopladores.



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10. ESTANQUE DE AGUA TRATADA:

Se considera un estanque de agua tratada proveniente del MBR, que tiene por objeto ver la calidad del agua que sale del proceso de tratamiento y hacer de cámara de muestreo, el cual permitirá tomar una muestra de agua para su posterior análisis en el laboratorio.

11. ESTANQUE DE ALMACENAMIENTO DE LODOS:

La planta de tratamiento contempla un sistema de almacenamiento de lodos que acumula los lodos provenientes del DAF y los lodos provenientes del sistema de membranas.

12. DESHIDRATADO MECÁNICO DE LODOS:

El deshidratado mecánico de los lodos se realizará por medio de centrifugas. Se considera una unidad de tratamiento para ésta etapa y se considera el espacio suficiente para la instalación de una segunda centrifuga en caso de ser necesario.

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