Procedimiento para el Diseño de una Planta de Tratamiento de

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES
COORDINACIÓN DE INGENIERÍA QUÍMICA
PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO DE UNA PLANTA DE
TRATAMIENTO DE EFLUENTES INDUSTRIALES
Por:
Ana Alicia Alvarez Da Costa
INFORME DE PASANTÍA
Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar
como requisito parcial para optar al título de
Ingeniero Químico
Sartenejas, Octubre de 2009
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES
COORDINACIÓN DE INGENIERÍA QUÍMICA
PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO DE UNA PLANTA DE
TRATAMIENTO DE EFLUENTES INDUSTRIALES
Por:
Ana Alicia Alvarez Da Costa
Realizado con la asesoría de:
Tutor Académico: Prof. Fernando Morales
Tutor Industrial: Ing. Nayla Hurtado
INFORME DE PASANTÍA
Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar
como requisito parcial para optar al título de
Ingeniero Químico.
Sartenejas, Octubre de 2009.
RESUMEN
La necesidad de globalización, el desarrollo de los mercados y las exigencias de los clientes hoy
en día, hacen que sea necesario que las empresas demuestren su capacidad para cumplir con los
requisitos y las necesidades de los clientes. Por tal motivo, cada vez son más las empresas que
crean documentos a manera de normalizar y estandarizar los procedimientos para desarrollar sus
actividades en el día a día. Frente a esta necesidad, surgió el objetivo del presente trabajo:
elaborar un manual de procedimiento para el diseño de una planta de tratamiento de efluentes
industriales (PTEI) a fin de normalizar las actividades para este proceso de diseño y garantizar
una ejecución eficiente de las mismas. La metodología para el desarrollo del proyecto se basó en
tres pasos: recopilación de información (bibliográfica, electrónica y entrevistas informales)
estructuración del manual de procedimiento y elaboración de documentos. Como productos de la
investigación se obtuvo un manual de procedimiento para la PTEI regido por los estándares de la
Empresas Y&V el cuál contiene la siguiente información: información requerida para el diseño,
normas y legislación ambiental pertinente a este tipo de proyectos, tecnologías disponibles para el
tratamiento de efluentes industriales, criterios para la selección de las tecnologías de tratamiento,
método para la elaboración del balance de masa y diagramas de flujo (DFP) y tuberías e
instrumentación (DTI), dimensionamiento de los equipos, elaboración de los cálculos hidráulicos
y entrega de documentos finales correspondientes al diseño de la PTEI. También se elaboraron
hojas de cálculo para facilitar el dimensionamiento de: separador API, separador de placas
corrugadas (CPI), sistema de flotación por aire disuelto (DAF), sistema de aeración, clarificador,
fosa de acumulación previa y sistema de cloración. Entre los otros documentos desarrollados
están: hojas de datos para cada uno de los equipos mencionados, listas de chequeo para verificar
la hoja de datos, diagramas de flujo para esquematizar el procedimiento de diseño y poder
incorporarlo al Mapa de Procesos de Empresas Y&V y hoja de cálculo para la matriz de
selección de tecnologías. Como conclusión general se tuvo que el manual y los documentos
adjuntos al mismo permiten estandarizar, normalizar y agilizar el diseño de una PTEI,
permitiendo tener la información de manera concisa y archivada en un solo sitio para ser
utilizada en cualquier momento.
Palabras Claves: Procedimiento, manual, tratamiento, efluente, industrial, Normas PDVSA.
iv
A mis padres: Bubu & Mamma Bear
v
AGRADECIMIENTOS
A mis padres Ana y Armando por su amor, sus consejos, su apoyo incondicional y por siempre
creer en mí. Gran parte de la mujer que soy hoy en día es gracias a ustedes. Los amo!.
A mi hermana Amanda, porque a pesar de nuestras diferencias, mi vida no sería lo mismo sin ti.
I love you, sis.
A Elena, sin ti estos años en la Uni y en la resi no hubiesen sido lo mismo. Gracias por ser mi
amiga y por estar siempre allí. Naná, eres lo máximo!.
A mis amigos de la Uni, por su invaluable amistad, por todas las horas que pasamos estudiando,
por soportarme en los laboratorios y además por hacer que cada momento fuese agradable aún
con el estrés de los exámenes. Los quiero muchísimo!.
A la Universidad Simón Bolívar por brindarme la oportunidad de estudiar, crecer y madurar.
Al Profesor Fernando Morales por orientarme y por su apoyo en este proyecto.
A Empresas Y&V, especialmente a Nayla Hurtado, Leonardo Méndez y Carmen Teresa Senior,
por brindarme su experiencia y conocimientos, y por darme la oportunidad de realizar este
proyecto y así permitirme crecer profesionalmente.
A mis compañeros de trabajo: Elo y Sergio, por hacer de cada día algo divertido y a Andrés por
convertir al “País de las Maravillas” en algo especial.
Finalmente, a todas las personas que de alguna u otra forma colaboraron para lograr cumplir
esta meta.
A todos, Mil Gracias!
vi
ÍNDICE GENERAL
ÍNDICE GENERAL ......................................................................................................................vii
ÍNDICE DE TABLAS ..................................................................................................................... x
INDICE DE FIGURAS .................................................................................................................. xi
LISTA DE SÍMBOLOS .............................................................................................................. xiii
LISTA DE ABREVIATURAS..................................................................................................... xvi
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... 1
CAPÍTULO 1. DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA ...................................................................... 3
1.1. Presentación de la Empresa .................................................................................................... 3
1.2. Localización............................................................................................................................ 4
1.3. Filosofía Empresarial .............................................................................................................. 4
1.3.1. Misión .................................................................................................................................. 4
1.3.2. Visión .................................................................................................................................. 4
1.3.3. Valores ................................................................................................................................. 4
1.3.4. Política de Calidad ............................................................................................................... 5
1.4. Estructura Organizacional ...................................................................................................... 5
CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO ............................................................................................... 7
2.1. Fases de un Proyecto en la Ingeniería de Procesos ................................................................ 7
2.1.1. Visualización ....................................................................................................................... 8
2.1.2. Conceptualización ............................................................................................................... 8
2.1.3. Definición ............................................................................................................................ 9
2.1.4. Implantación ........................................................................................................................ 9
2.2. Tecnologías de disponibles para la planta de tratamiento de efluentes ................................ 10
2.2.1. Tecnologías para el tratamiento de desechos líquidos. ..................................................... 11
2.2.1.1. Separación agua-aceite ................................................................................................... 11
2.2.1.2. Flotación por aire disuelto (DAF) .................................................................................. 14
2.2.1.3. Coagulación / Floculación / Sedimentación ................................................................... 16
2.2.1.4. Aeración.......................................................................................................................... 18
2.2.1.5. Cloración ........................................................................................................................ 20
vii
2.2.2. Tecnologías para el tratamiento de desechos sólidos. ....................................................... 23
2.3. Legislaciones y normas ambientales .................................................................................... 25
2.3.1. Leyes aplicables ................................................................................................................. 25
2.3.2. Decretos ............................................................................................................................. 26
2.3.2.1. Decreto 883 “Normas para la Clasificación y el Control de la Calidad de los Cuerpos de
Agua y Vertidos o Efluentes Líquidos” (1998) .............................................................. 26
2.3.2.2. Decreto 2635 “Normas para el Control de la recuperación de Materiales Peligrosos y el
Manejo de los Desechos Peligrosos” (1998). ................................................................. 28
2.3.3. Normas .............................................................................................................................. 29
2.3.3.1. Normas PDVSA – Petróleos de Venezuela, S.A ............................................................ 29
2.3.3.2. Estándares del Banco Mundial (World Bank Standards) ............................................... 30
2.4. Manual de procedimiento ..................................................................................................... 31
2.4.1. Descripción ........................................................................................................................ 32
2.4.2. Formularios ........................................................................................................................ 33
2.4.3. Diagramas .......................................................................................................................... 34
2.4.3.1. Diagramas de flujo.......................................................................................................... 34
2.4.4. Diagramas IDEF0 .............................................................................................................. 35
CAPÍTULO 3. MARCO METODOLÓGICO .......................................................................... …37
3.1. Recopilación de la información ............................................................................................ 37
3.2. Esquematización del Manual de Procedimiento................................................................... 38
3.3. Dimensionamiento de los equipos ........................................................................................ 38
3.4. Elaboración de documentos .................................................................................................. 39
CAPÍTULO 4. RESULTADOS Y DISCUSIONES ..................................................................... 41
4.1. Esquematización del Procedimiento ..................................................................................... 41
4.2. Determinación de documentos por crear .............................................................................. 42
4.3. Dimensionamiento de los equipos ........................................................................................ 42
4.4. Elaboración de documentos .................................................................................................. 43
4.4.1. Hojas de cálculo................................................................................................................. 43
4.4.2. Hojas de datos de los equipos ............................................................................................ 44
4.4.3. Listas de chequeo............................................................................................................... 44
4.4.4. Elaboración del manual de procedimiento ........................................................................ 45
viii
4.4.5. Elaboración de matriz multicriterios para selección de tecnologías.................................. 56
4.4.6. Elaboración de diagramas de flujo .................................................................................... 58
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................................................ 59
REFERENCIAS ............................................................................................................................ 61
BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................................... 63
APÉNDICE A. .............................................................................................................................. 64
APÉNDICE B …………………………………………………………………………….……...98
APÉNDICE C ………………………………………………………………………………….122
APÉNDICE D ............................................................................................................................ 133
APÉNDICE E ………………………………………………………………………………….150
APÉNDICE F ………………………………………………………………………………….246
ix
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 2.1. Procesos de tratamiento usados para remover los contaminantes principales
encontrados en efluentes industriales . .......................................................................................... 10
Tabla 2.2. Descarga en ríos, estuarios, lagos y embalses. ............................................................. 26
Tabla 2.3. Descarga al medio marino-costero .............................................................................. 27
Tabla 2.4. Temperatura de Diseño . .............................................................................................. 29
Tabla 2.5. Presión de Diseño . ....................................................................................................... 29
Tabla 2.6. Límites de descarga de acuerdo a los estándares del Banco Mundial . ........................ 31
Tabla 2.7. Símbolos comunes usados en la elaboración de un Diagrama de Flujo . ..................... 34
Tabla 4.1. Parámetros que debe incluir la caracterización del efluente entregada por el cliente. . 46
Tabla 4.2. Insumos requeridos por algunas tecnologías para el tratamiento de afluentes y
desechos sólidos. ........................................................................................................................... 53
Tabla 4.3. Pesos ponderados asignados a los criterios que conforman la matriz de selección de
tecnologías. .................................................................................................................................... 57
Tabla A.1. Temperatura de Diseño.…………………………………………………...………...65
Tabla A.2. Presión de Diseño…………………………………………………………………....65
Tabla A.3 Coeficiente de impermeabilidad del suelo……………………………………..…....67
Tabla A.4. Valores para el factor de turbulencia de acuerdo a la relación vh/vas…………………71
Tabla A.5. Relación ma/mS en función de la concentración de sólidos suspendidos en el
efluente………………………………………………………………………….…………………78
Tabla A.6. Tasa de desbordamiento superficial en función de la concentración de hidrocarburos en
el efluente ……………………………………………………………………………………........80
Tabla A.7. Solubilidad del aire en agua a diferentes temperaturas (P = Patm)……………….....81
Tabla A.8. Tasa de transferencia de oxígeno según el tipo de aerador mecánico …………….88
Tabla A.9. Porcentaje de eficiencia de acuerdo al tipo de aerador………………………..……89
x
INDICE DE FIGURAS
Figura 1.1 Estructura organizacional de Empresas Y&V ............................................................... 6
Figura 2.1. Mapa de Procesos de Empresas Y&V . ........................................................................ 7
Figura 2.2. Etapas en las que participa el Departamento de Procesos en un Proyecto ................... 8
Figura 2.3. Diagrama de un separador API . ................................................................................. 12
Figura 2.4. Diagrama de un separador CPI . ................................................................................. 13
Figura 2.5. Diagrama de un sistema DAF con reciclo presurizado . ............................................. 16
Figura 2.6. Sedimentador de sección cilíndrica ............................................................................ 17
Figura 2.7. Sedimentador de sección rectangular . ........................................................................ 18
Figura 2.8. Punto de quiebre de la cloración . ............................................................................... 21
Figura 2.9. Usos del cloro ............................................................................................................. 22
Figura 2.10. Representación de un diagrama IDEF0 de primer nivel ........................................... 35
Figura 3.1. Metodología para el desarrollo del proyecto. .............................................................. 40
Figura A.1. Factor de turbulencia (FT) en función de la relación vh/vas ………………………….71
Figura A.2. Valores para ma/mS en función de CS out ...…………………………………..………..79
Figura A.3. Ts en función de Co out…………………………………………………………...…………..80
Figura A.4. Solubilidad del aire, Cs, en función de la temperatura, T a presión atmosférica
(1atm)…………………………………………………………………………………..…………81
Figura B.1a. Hoja de cálculo de la Fosa de Acumulación Previa…………………..……………99
Figura B.1b. Hoja de cálculo de la Fosa de Acumulación Previa………………..…...…….…..100
Figura B.1c. Hoja de cálculo de la Fosa de Acumulación Previa…………………………...…..101
Figura B.2a. Hoja de cálculo del Separador API………………………………….….....………102
Figura B.2b. Hoja de cálculo del Separador API…………………………………………..……103
Figura B.2c. Hoja de cálculo del Separador API…………………………………….…….……104
Figura B.3a. Hoja de cálculo del Separador CPI…………………………………………..……105
Figura B.3b. Hoja de cálculo del Separador CPI……………………………………….…….…106
Figura B.3c. Hoja de cálculo del Separador CPI………………………………………....….….107
Figura B.4a. Hoja de cálculo del Sistema de Flotación por Aire Disuelto (DAF)…………..….108
Figura B.4b. Hoja de cálculo del Sistema de Flotación por Aire Disuelto (DAF)……….….….109
Figura B.4c. Hoja de cálculo del Sistema de Flotación por Aire Disuelto (DAF)…………..….110
Figura B.4d. Hoja de cálculo del Sistema de Flotación por Aire Disuelto (DAF)…………...…111
xi
Figura B.43. Hoja de cálculo del Sistema de Flotación por Aire Disuelto (DAF)……….…….112
Figura B.5a. Hoja de cálculo del Sistema de Aeración………………………………….……...113
Figura B.5b. Hoja de cálculo del Sistema de Aeración……………………………….….……..114
Figura B.5c. Hoja de cálculo del Sistema de Aeración…………………………………..……..115
Figura B.6a. Hoja de cálculo del Sistema de Clarificador……………………………….……..116
Figura B.6b. Hoja de cálculo del Sistema de Clarificador…………………………….………..117
Figura B.6c. Hoja de cálculo del Sistema de Clarificador……………………………..….……118
Figura B.7a. Hoja de cálculo del Sistema de Cloración……………………………….….…….119
Figura B.7b. Hoja de cálculo del Sistema de Cloración…………………………………..…….120
Figura B.7c. Hoja de cálculo del Sistema de Cloración………………………….……….…….121
Figura C.1a. Hoja de datos para Fosa de Acumulación Previa………………………….….…..123
Figura C.1b. Hoja de datos para Fosa de Acumulación Previa…………………………..……..124
Figura C.1c. Hoja de datos para Fosa de Acumulación Previa………………………….……...125
Figura C.2. Hoja de datos del Separador API………………………………………………..….126
Figura C.3. Hoja de datos del Separador CPI……………………………………….…….…….127
Figura C.4. Hoja de datos del Sistema DAF………………………………………….…………128
Figura C.5. Hoja de datos del Sistema de Aeración………………………………………..…...129
Figura C.6. Hoja de datos del Clarificador Circular…………………………………….………130
Figura C.7. Hoja de datos del Clarificador Rectangular…………………………………..…….131
Figura C.8. Hoja de datos del Sistema de Cloración…………………………………….….…..132
Figura F.1. Flujograma para selección de tecnologías para el tratamiento de efluentes
industriales………………………………………………………………………………....…….247
Figura F.2. Flujograma del procedimiento para el diseño de una planta de tratamiento de efluentes
industriales………………………………………………………………………………….……248
Figura F.3. Diagrama IDEF0 para la Información del Cliente………………………………….249
Figura F.4. Diagrama IDEF0 para la Identificación de Tecnologías…………………………...249
Figura F.5. Diagrama IDEF0 para la Selección de Tecnologías…………………………….….249
Figura F.6. Diagrama IDEF0 para el Dimensionamiento de los Equipos…………..…………..249
xii
LISTA DE SÍMBOLOS
Símbolos Castellanos
A
Área
C
Concentración
Cc
Dosis de cloro (Sistema de cloración)
Cg
Dosis de coagulante (Sistema DAF)
CL
Tasa de producción de lodo por cantidad de coagulante agregado (Sistema DAF)
Cs
Solubilidad del aire en agua a presión atmosférica
D
Profundidad
d
Diámetro
e
Espesor
F
Factor de diseño
g
Aceleración de la gravedad
H
Altura
HLR
Tasa de Desbordamiento Superficial del Clarificador (Hydraulic Loading Rate)
I
Coeficiente de impermeabilidad del suelo
L
Longitud
m
Flujo másico
N
Número de
P
Presión
p
Potencia
pe
Perímetro
Q
Caudal
R
Tasa de transferencia
Re
Número de Reynolds
RL
Tasa de recolección de lluvia
Rp
Registro pluviométrico anual [mm lluvia/año o in lluvia/año]
Rs
Tasa de alimentación de sólidos
r
Radio equivalente de la gota
S
Gravedad específica
s
Separación
xiii
T
Temperatura
t
Tiempo
Ts
Tasa de desbordamiento superficial (Sistema DAF)
V
Volumen
v
Velocidad
W
Ancho
WLR Tasa Desbordamiento Perimetral, Clarificador (Weir Loading Rate)
Símbolos Griegos
β
Constante para el cálculo de la velocidad crítica de sedimentación. Su valor es igual a
0,04 por tratarse de materiales no uniformes (hidrocarburos líquidos)
θ
Ángulo de inclinación de las placas en el separador CPI
μ
Viscosidad absoluta (dinámica)
ν
Viscosidad cinemática
π
Constante, π = 3,1415
ρ
Densidad
Subíndices
A
Acumulación de lluvia
a
Aire
av
Promedio
amb
Condición ambiental (para T y P)
as
Ascenso
B
Pantallas (Baffles)
c
Canal
cc
Corto Circuito
cir
Referente al clarificador de geometría circular
cl
Cloro
d
Diseño
E
Eficiencia
F
Espacio libre sobre el nivel de líquido en un tanque (Freeboard)
f
Fricción
floc
Referente al tanque de floculación (Sistema DAF)
xiv
flot
Referente al tanque de flotación (Sistema DAF)
h
Horizontal
in
Entrada
L
Lluvia
l
Líquido
lodo
Referente al lodo producido en el sistema de tratamiento
lodoC Lodo producido por la acción del coagulante (Sistema DAF)
lodoHC Lodo producido a partir de los hidrocarburos retirados del efluente (Sistema DAF)
man
Manométrica
n
Paso (dentro del tanque de cloración)
o
Hidrocarburos
O2
Oxígeno
P
Placa corrugada (Separador CPI)
p
Pico
pres
Referente al tanque presurizado (Sistema DAF)
R
Reciclo
r
Retención
rec
Referente al clarificador de base rectangular
S
Sólidos Suspendidos
s
Superficial
sc
Sedimentación crítica
sp
Superficie de la planta servida por la red de drenajes
T
Turbulencia
t
Transversal
w
Agua
ww
Agua residual
1
Compresor
xv
LISTA DE ABREVIATURAS
API
Instituto Americano de Petróleo (American Petroleum Institute)
CPI
Interceptor de Placas Corrugadas (Corrugated Plate Interceptor)
DAF Flotación por Aire Disuelto (Dissolved Air Flotation)
DBO Demanda Biológica de Oxígeno
DBP
Diagrama de Bloques de Procesos
DFP
Diagrama de Flujo de Proceso
DQO Demanda Química de Oxígeno
DTI
Diagrama de Tuberías e Instrumentación
PTEI Planta de Tratamiento de Efluentes Industriales
xvi
INTRODUCCIÓN
Los efluentes industriales son aquellas vertientes provenientes de procesos productivos, es
decir, aquellas aguas que han sido utilizadas en los diferentes sistemas de fabricación, producción
o manejo industrial, y que para ser desechadas necesitan ser tratadas previamente de manera tal
que puedan ser adecuadas para su descarga respectiva a los sistemas naturales como ríos, mares,
etc.
Tanto por motivos ambientales como por las legislaciones ambientales existentes a nivel
nacional e internacional, la implementación de plantas de tratamiento para efluentes es,
actualmente, una parte obligatoria en todas las instalaciones industriales que produzcan este tipo
de desecho.
A pesar de que Empresas Y&V ha trabajado en proyectos donde se han diseñado plantas de
tratamiento de efluentes industriales (PTEI), la empresa no cuenta con un procedimiento estándar
para el desarrollo de este tipo de proyectos. De este hecho, surge la necesidad de crear un manual
de procedimiento que permita estandarizar el proceso de diseño de la PTEI, con la finalidad de
mejorar la eficiencia y efectividad de la organización y optimizar el desarrollo de las actividades
involucradas en el proceso de diseño y en la elaboración de documentos.
El tener un procedimiento estandarizado para el diseño de un proyecto conduce a la excelencia
de los resultados empresariales, mejorando la efectividad y satisfacción de todas las partes
interesadas, como lo son los clientes, accionistas, personal, proveedores y sociedad en general.
El presente trabajo tiene como objetivo principal elaborar un procedimiento para el diseño de
una PTEI, el cual debe contener todas las instrucciones de trabajo necesarias, desde el punto de
vista de la Ingeniería Básica, para el desarrollo de este tipo de proyectos por parte del
Departamento de Procesos.
Para el cumplimiento del objetivo principal se establecieron los siguientes objetivos
específicos:
•
Revisar y analizar la bibliografía referente a las tecnologías disponibles para el tratamiento
de efluentes industriales y a la elaboración de diagramas IDEF0.
•
Identificar los diferentes productos (planos y documentos) elaborados por la disciplina de
Procesos para un proyecto de Ingeniería Básica.
2
•
Obtener el dimensionamiento de los equipos principales involucrados en las tecnologías de
tratamiento seleccionadas.
•
Elaborar las hojas de cálculo para el dimensionamiento de los procesos de tratamiento.
•
Elaborar el documento correspondiente al procedimiento para el diseño de la PTEI.
•
Elaborar los formatos asociados al procedimiento: listas de chequeo y hojas de datos de los
equipos.
•
Elaborar los diagramas IDEF0 del procedimiento para incorporarlos al Mapa de Procesos de
Empresas Y&V.
El presente informe consta de cuatro capítulos. En el Capítulo I se hace una breve descripción
de Empresas Y&V, su filosofía y estructura organizacional.
El Capítulo II contiene los fundamentos teóricos necesarios para la comprensión del contenido
del informe y del proyecto como tal.
En el Capítulo III se hace referencia a la metodología utilizada para el desarrollo del proyecto
que conllevó a la elaboración del procedimiento y todos los documentos anexos a lo mismo.
En el Capítulo IV se exponen los resultados obtenidos y las observaciones realizadas, para
luego finalizar con las conclusiones y recomendaciones referentes al trabajo realizado.
CAPÍTULO 1
DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA
1.1. Presentación de la Empresa
Empresas Y&V es una corporación multidisciplinaria venezolana que desarrolla diversos
proyectos en áreas como: Ingeniería, Construcción, Operación, Mantenimiento y Gestión
Ambiental para sectores privados y públicos. Esta organización fue constituida en el año 1985
bajo el nombre de Yánes & Asociados surgiendo por la necesidad del mercado de conseguir
soluciones claras y efectivas a sus diversos proyectos de ingeniería; en el año 2005 se realizó el
cambio de nombre de Yánes & Asociados a Empresas Y&V (1).
Hoy día, la Corporación cuenta con el certificado de calidad ISO 9001-2008, lo que ha
permitido llevar a las empresas que la integran a ocupar una posición de liderazgo en sus áreas de
negocio, apuntadas por una sólida estructura corporativa que asegura a sus clientes una atención y
un servicio que satisface sus expectativas. Las compañías que conforman Empresas Y&V son las
siguientes (2):
•
Y&V Ingeniería y Construcción.
•
Y&V Construcción y Montaje.
•
Y&V Operaciones y Mantenimiento.
•
Y&V Ecoproyectos.
•
Y&V Consulting and Construction Canada LTD
•
Y&V Engineering and Construction Inc.
•
Y&V Ingeniería y Construcción México.
4
1.2. Localización
Empresas Y&V posee oficinas a nivel nacional e internacional, enlazadas mediante sistemas de
alta tecnología que permiten la movilización rápida de la información y contando con la
presencia directa de personal de la empresa en puntos clave
Actualmente, la oficina principal está ubicada en el Edificio Panaven, Avenida San Juan Bosco
con tercera transversal, en el sector Altamira, Caracas. Las oficinas regionales se encuentran en
las ciudades de Maracaibo, Punto Fijo, Puerto La Cruz y Anaco; mientras que las oficinas
internacionales se ubican en Miami (Estados Unidos), Calgary (Canadá) y Ciudad de México
(México) (2).
1.3. Filosofía Empresarial
Empresas Y&V tiene como objetivo primordial ser la empresa líder en el mercado en su
categoría, con desempeño internacional, contando con un personal satisfecho y orgulloso de ser
parte de la misma (3).
Misión
Prestar servicios de Ingeniería y Construcción de excelencia que excedan las expectativas de
nuestros clientes y maximicen el bienestar de trabajadores y accionistas dentro de un entorno
ético y moral orientado al servicio del individuo, la sociedad y la conservación del ambiente (4).
Visión
Ser proveedor de clase mundial de servicios integrales de ingeniería, construcción, fabricación
operación y mantenimiento que servimos por los excelentes niveles de cumplimiento,
confiabilidad, calidad, compromiso y alineación de capacidades con los requerimientos de
nuestros clientes (5).
Valores
•
Reconocimiento y respeto al individuo que se traduce en la búsqueda de su desarrollo
personal y profesional.
5
•
Mística, Pasión y Compromiso.
•
Integridad.
•
Espíritu competitivo con fuerte sentido del logro.
•
Disposición al reto con Actitud Pro-Activa y Optimismo.
•
Búsqueda de la Excelencia mediante el mejoramiento continuo.
•
Trabajo en equipo (6).
Política de Calidad
Satisfacer los requerimientos y expectativas de nuestros clientes, mediante servicios de
ingeniería y construcción adecuados, confiables y oportunos, basados en (7):
•
Procesos normalizados.
•
Un sistema de mejoramiento continuo.
•
Compromiso de su personal con la calidad.
1.4. Estructura Organizacional
Empresas Y&V se mantiene como una organización flexible y sólida, permitiendo la autonomía
en las decisiones y estructuras de costos de sus compañías las cuales, al mismo tiempo,
comparten las mismas políticas en las áreas de recursos humanos, administrativa y financiera,
permitiendo la interacción del personal en las distintas áreas.
La estructura organizacional es matricial, cada proyecto cuenta con Gerentes de Proyectos,
Líderes de Disciplina, Ingenieros de Proyectos y Dibujantes. En la Figura 1.1 puede observarse
un esquema de dicha estructura.
El presente proyecto se realizó en la Gerencia del Departamento de Procesos, dependiente de la
Vicepresidencia de Ingeniería; sin embargo, su impacto se extiende a otras gerencias como la de
Ambiente, Mecánica e Instrumentación, ya que las mismas son parte vital para el diseño
completo de una planta de tratamiento de efluentes industriales.
6
Figura 1.1 Estructura organizacional de Empresas Y&V (8).
CAPÍTULO 2
MARCO TEÓRICO
2.1. Fases de un Proyecto en la Ingeniería de Procesos
La elaboración de un proyecto en una empresa es un proceso complejo que se lleva a cabo en
múltiples etapas y donde participan todas las disciplinas que laboran en la en la misma. A
continuación se presenta el Mapa de Procesos de Empresas Y&V (Figura 2.1) donde se puede
visualizar de forma esquemática las diversas etapas y las disciplinas que trabajan en un proceso
desde su apertura hasta su cierre.
Figura 2.1. Mapa de Procesos de Empresas Y&V (9).
El Departamento de Procesos juega un papel importante en la ejecución de un proyecto de
ingeniería. El mismo participa en las fases de visualización, conceptualización, definición e
implantación, tal como se muestra en la Figura 2.2.
8
Figura 2.2. Etapas en las que participa el Departamento de Procesos en un Proyecto (9).
Visualización
Esta etapa marca el inicio del proyecto, aquí se formulan ideas a partir de las cuales se inicia la
búsqueda de alternativas que permitan desarrollar el producto en cuestión. Comprende la
recolección de cierta información referente sitio, riesgos involucrados, etc., que permita llevar a
cabo una selección de alternativas preliminares, las cuales se estudian más a fondo en la fase de
Conceptualización (9). Los documentos principales generados en la etapa de visualización son:
•
Diagrama de Bloque del Proceso (DBP);
•
Informe de evaluación técnico-económica.
Conceptualización
Esta etapa tiene como objetivo la selección de la mejor opción y la mejora en la precisión de los
estimados de costos y tiempo de implantación con el fin de reducir la incertidumbre, cuantificar
los riesgos asociados y determinar el valor esperado de la opción seleccionada
documentos fundamentales elaborados en esta etapa se encuentran:
•
Selección de la Tecnología;
•
Balance de Masa y Energía;
•
Dimensionamiento preliminar de líneas (cálculos hidráulicos);
•
Lista de Equipos;
(9)
. Entre los
9
•
Diagramas de Flujo de Procesos;
•
Descripción del Proceso;
•
Requerimientos de Servicios industriales.
Definición
En esta etapa se prepara toda la información técnica necesaria para ejecutar la implementación
del proyecto y corresponde a la Ingeniería Básica del mismo
(9)
. Entre los documentos que se
emiten durante esta fase están:
•
Hojas de Datos de los Equipos;
•
Descripción del Proceso;
•
Balance de Masa y Energía;
•
Diagrama de Flujo de Procesos (DFP);
•
Diagrama de Tubería e Instrumentación (DTI);
•
Lista de Líneas y Equipos;
•
Diagrama de Tubería e Instrumentación.
Implantación
Esta etapa tiene como finalidad la completación mecánica de las instalaciones entregables al
grupo de operaciones de manera que se inicie la puesta en servicio de las mismas. En la etapa de
implantación se lleva a cabo la Ingeniería de Detalle, en la cual se deben elaborar una lista
detallada de productos de ingeniería (planos, cómputos métricos, memorias de cálculo, listas de
materiales y equipos, etc.) referentes al proyecto
(9)
. Entre los documentos finales entregados en
esta etapa se tienen:
•
Manual de Operaciones;
•
Cálculos Hidráulicos Finales;
•
Diagrama de Tubería e Instrumentación Final;
•
Memoria de Cálculo.
10
2.2. Tecnologías disponibles para la planta de tratamiento de efluentes
Las tecnologías aplicables al tratamiento de efluentes industriales varían ampliamente de
acuerdo a las características del mismo, y al nivel de purificación que se desea lograr de acuerdo
a las legislaciones ambientales aplicables. En la Tabla 2.1 se presentan las diferentes alternativas
de tratamiento de acuerdo a las impurezas que se deseen eliminar.
Tabla 2.1. Procesos de tratamiento usados para remover los contaminantes principales
encontrados en efluentes industriales (10).
Contaminante
Sólidos suspendidos
Sustancias orgánicas
biodegradables
Sustancias orgánicas volátiles
Agentes patógenos
Nitrógeno
Fósforo
Metales pesados
Sólidos orgánicos disueltos
Proceso de Tratamiento
Desbaste
Sedimentación
Separación agua-aceite
Filtración
Flotación con aire
Adición de polímeros
Coagulación /Sedimentación
Lodos activados
Filtros percoladores
Biodiscos
Lagunas de estabilización
Filtración con arena
Aeración
Sistemas físico-químicos
Adsorción en carbón activado
Despojo de gases
Cloración
Tratamiento con bromo y cloro
Ozonificación
Radiación ultravioleta
Nitrificación y Desnitrificación en crecimiento suspendido
Nitrificación y desnitrificación en capa fija
Despojo de amoníaco
Intercambio iónico
Cloración
Adición de sales de metales
Coagulación con cal / Sedimentación
Tratamiento biológico
Precipitación química
Intercambio iónico
Intercambio iónico
Ósmosis inversa
Electrodiálisis
11
Para el diseño de una planta de tratamiento de efluentes industriales (PTEI) es importante
también incluir tecnologías para el tratamiento y manejo de desechos sólidos, ya que durante el
tratamiento de efluentes se generará una cantidad de lodos que deben ser tratados y dispuestos
correctamente según las legislaciones ambientales.
Tecnologías para el tratamiento de desechos líquidos.
A pesar de que existen numerosos procesos para el tratamiento de efluentes, para efectos del
presente trabajo sólo son de importancia: la separación agua-aceite, flotación por aire disuelto
(DAF, Diffused Air Flotation), coagulación/floculación, sedimentación, aeración y cloración; ya
que los mismos son las tecnologías utilizadas para la elaboración del procedimiento.
2.2.1.1.
Separación agua-aceite
Este tipo de tratamiento primario también conocido como separación por gravedad, tiene como
función principal remover las grasas o aceites libres sin la adición de sustancias químicas para
facilitar el funcionamiento de las unidades posteriores, y regular la concentración de sustancias
oleosas (grasas, aceites, hidrocarburos, etc.) presentes en el efluente a ser tratado. Además,
también permite remover una porción de los sólidos suspendidos, tales como: arena, arcillas y
gravas finas, entre otros (11).
Como su nombre lo indica, estos separadores dependen de la diferencia de densidades entre las
sustancias para lograr la separación. En el caso de las sustancias oleosas, las gotas se elevan hacia
la superficie por tener una densidad menor; y en el caso de los sólidos suspendidos
sedimentables, los mismos se depositan en el fondo al caer por su propio peso, ya que tienen una
densidad mayor a la del agua.
Dentro de esta categoría, los dos separadores más utilizados son: el separador API (American
Petroleum Institute) y el separador de placas corrugadas (CPI, Corrugated Plate Interceptor).
a. Separador API
Consiste en un tanque horizontal a través del cual el efluente fluye horizontalmente, mientras el
aceite libre flota hacia la superficie. Este aceite es retirado con un desnatador y llevado a un
sistema de recuperación.
12
El funcionamiento de estas unidades depende de la naturaleza del aceite, características del
flujo, diseño y tamaño de la unidad. Puede ofrecer eficiencias en el orden del 75% o más, en
especial cuando el diámetro promedio de las partículas es igual o superior a 0,015 cm (11).
Los separadores API están conformados por estanques rectangulares multicanales, los cuales
disponen de una zona de entrada, una zona de separación agua-aceite y una zona de salida. En la
Figura 2.3 se muestra un diagrama de este tipo de separador.
Figura 2.3. Diagrama de un separador API (12).
Las ventajas de este separador son (13):
•
Operación sencilla;
•
Fácil mantenimiento respecto al separador CPI, ya que no se taponan por no tener
componentes internos (platos).
En cuanto a las desventajas, se tiene que (13):
•
Tienen limitada eficiencia para diámetros de glóbulos de aceite inferior a 0,015 cm;
13
•
Ocupan grandes espacios;
•
Presenta problemas para el manejo de vapores y olores;
•
Se requiere como mínimo dos unidades para facilitar las operaciones de limpieza sin afectar
la operación de la planta.
b. Separador CPI
Consiste en un conjunto de entre 12 y 48 placas corrugadas montadas de forma paralela, y
separadas a una distancia de 2 a 5 cm, las cuales se encuentran ubicadas dentro de un tanque por
donde fluye el agua que se desea tratar.
A medida que el agua fluye a través de las placas inclinadas, los glóbulos de aceite flotan hacia
la parte cóncava de las mismas donde se unen entre sí para masas de mayor tamaño que se
desplazan a lo largo de los platos hasta alcanzar la superficie. De la misma forma, los sólidos que
se encuentran suspendidos, al pasar entre las placas, chocan con las mismas y entre sí, para luego
dirigirse al fondo por acción de la gravedad (14). Un esquema de este tipo de separador se presenta
en la Figura 2.4.
Figura 2.4. Diagrama de un separador CPI (12).
Las ventajas de los separadores de placas corrugadas son (13):
•
Tiene excelente desempeño en aguas a altas temperaturas y en aguas de producción,
especialmente para caudales bajos;
14
•
Unidades compactas con respecto a los separadores API;
•
Las placas paralelas por lo general se fabrican de un material plástico que elimina los
problemas de corrosión;
•
El desplazamiento ascendente del aceite y descendente del lodo a través de las placas
contribuye a reducir los problemas de levantamiento y resuspensión debido al flujo del
agua;
•
Favorece la coalescencia,
•
Equipo sencillo de operar.
En cuanto a las desventajas se tiene que (13):
•
Eficiencia limitada para tamaño de glóbulo inferior a 0,006 cm;
•
Requieren de una mayor frecuencia de limpieza al año por problemas de taponamiento, lo
que se traduce en mayores costos de mantenimiento,
•
Dificultad de limpieza de las placas para ciertas profundidades;
•
Se requiere como mínimo de dos unidades para facilitar las labores de limpieza;
•
Presenta problemas para manejar efluentes con alto contenido de hidrocarburos.
2.2.1.2.
Flotación por aire disuelto (DAF)
La flotación es otro tipo de tratamiento primario que consiste en el proceso de separación de
aceites emulsionados y sólidos presentes en el efluente por medio de burbujas de aire que
aceleran el ascenso de los mismos. Estas burbujas se adhieren a las partículas en suspensión y
producen una disminución de la densidad aparente del conjunto burbuja-partícula hasta que la
misma se vuelve menor que la del agua. La diferencia de densidades origina un impulso
ascendente que hace que las partículas se acumulen en la superficie (15).
El sistema DAF utiliza agua presurizada y sobresaturada con aire para producir burbujas de 30
a 60 μm de diámetro, las cuales aparecen en el momento en el que el efluente entra al tanque de
flotación y se despresuriza
(15)
. Por lo general, esta tecnología puede ser aplicada en tres
configuraciones: presurización total, presurización parcial y reciclo presurizado, siendo esta
15
última la configuración preferida para el 80% de los sistemas de tratamiento de efluentes de
refinerías.
A fin de mejorar el proceso se hace uso de sustancias químicas, tales como coagulantes y
floculantes, que se adicionan previamente. Estas sustancias se dividen en tres grandes grupos:
compuestos químicos inorgánicos (cloruro de aluminio, sulfato de aluminio, sulfato ferroso,
sílice), polímeros naturales (almidón, guar, taninos y sustancias proteicas) y polímeros sintéticos
(polielectrolitos).
Los principales equipos involucrados en un sistema DAF son:
•
El tanque de flotación, el cual está equipado con pantallas internas y desnatadores para
remover los desechos flotantes;
•
El sistema de reciclo conformado por: la bomba de reciclo, el compresor para el aire, y el
tanque de presurización donde se satura la corriente de aire;
•
Tanque de floculación y dispositivos de mezclado rápido para la agitación del coagulante.
En la Figura 2.5 se presenta un esquema del sistema DAF con reciclo presurizado.
Entre las ventajas que ofrece esta tecnología están (13):
•
Remueve partículas con densidad mayor que la del agua;
•
Remueve aceite emulsionado;
•
Puede trabajar tanto con gas como con aire;
•
Las fluctuaciones hidráulicas pueden ser compensadas fácilmente por manipulación de la
operación;
•
El tamaño de burbuja de aire formada permite mayores eficiencias para determinados
efluentes.
En cuanto a las desventajas de tiene que (13):
•
Requiere del uso de sustancias químicas;
•
Requerimiento de equipos mecánicos (bombas, compresores), lo que implica mayor
mantenimiento y costos operativos.
16
Figura 2.5. Diagrama de un sistema DAF con reciclo presurizado (16).
2.2.1.3.
Coagulación / Floculación / Sedimentación
La coagulación y floculación son dos procesos que pueden resumirse como una etapa cuyo
objetivo es propiciar el aglutinamiento de las partículas en pequeñas masas llamadas flóculos, de
manera que su peso específico sea mayor que el del agua y puedan precipitar. Por lo general, se
utiliza como un paso acoplado a otra tecnología, como es el caso de sistemas DAF,
centrifugación, sedimentación, entre otros.
Básicamente, la coagulación consiste en emplear aditivos químicos (coagulantes) que permiten
neutralizar y desestabilizar las cargas de las partículas coloidales en el efluente. Por otra parte, la
floculación permite la aglomeración de las partículas pequeñas para formar flóculos, los cuales
crecen y se convierten en partículas sólidas de mayor tamaño que sedimentan más rápidamente.
La coagulación se logra mediante una mezcla rápida, mientras que la floculación se obtiene a
través de una mezcla lenta para evitar el rompimiento de los flóculos.
Un proceso que está fuertemente ligado al uso de coagulantes y floculantes es la
sedimentación. Esta operación unitaria permite la clarificación del agua al separar los sólidos de
la fase acuosa por acción de la gravedad. También permite remover aceite emulsionado por
acción conjunta con coagulantes y floculantes, siempre que el aceite se encuentre en una
concentración de 30 a 150 mg/L (13).
17
La sedimentación se puede separar en tres clasificaciones: discreta, floculenta y por zona. En la
sedimentación discreta, las partículas mantienen su individualidad y no ocurren cambios de
tamaño, forma o densidad durante el dicho período. La sedimentación floculenta ocurre cuando
las partículas se aglomeran durante el periodo de retención resultando un cambio en el tamaño de
las partículas. La sedimentación por zona involucra una suspensión de flóculos que forman una
estructura reticular que se deposita en el fondo como si fuese una única unidad de masa,
demostrando una interface visible a medida que se mueve hacia el fondo del tanque (15).
Los sedimentadores, también llamados clarificadores, pueden ser diseñados con sección
cilíndrica o rectangular. En las Figuras 2.6 y 2.7 se muestran los diagramas para cada uno de
ellos.
Figura 2.6. Sedimentador de sección cilíndrica (17).
El uso de floculantes y coagulantes en conjunto con la sedimentación tiene como ventajas (13):
•
Remueve partículas con densidad mayor que la del agua;
•
Remueve aceite emulsionado;
18
•
Bajos consumos de energía;
•
Mayor flexibilidad del sistema ante cambios bruscos de calidad y volumen;
•
Altas eficiencias de remoción.
En cuanto a las desventajas se tiene que (13):
•
Requiere del uso de sustancias químicas;
•
Ocupa mayor área que otros sistemas
Figura 2.7. Sedimentador de sección rectangular (17).
2.2.1.4.
Aeración
La aeración es un proceso mecánico que provee un contacto íntimo entre el aire y el agua,
permitiendo la transferencia de las moléculas gaseosas provenientes del aire, principalmente el
oxígeno, a la fase acuosa conformada por el efluente. El uso de la aeración varía ya que la misma
puede ser utilizada para varios fines, entre los cuales están (15):
•
Aumentar el contenido de oxígeno disuelto en el agua para cumplir con los estándares de
descarga;
19
•
Proporcionar el oxígeno necesario para llevar a cabo tratamientos biológicos;
•
Mantener condiciones de mezcla perfecta;
•
Remoción de gases indeseables como CO2 y metano (CH4), también llamado
desgasificación,
•
Oxidación de impurezas inorgánicas como hierro, manganeso y sulfuro de hidrógeno;
•
Oxidación de la materia orgánica.
Excepto en el despojamiento de gases, los requerimientos de la aeración son una función del
grado de deficiencia de oxígeno en el agua y de las reacciones químicas consumidoras de oxígeno
que se están llevando a cabo. A su vez, la concentración de oxígeno en el agua depende de la
temperatura, la presión, los sólidos disueltos y sus características, entre otros.
Los equipos más usados en la aeración de tratamientos industriales consisten en unidades de
difusión de aire, turbinas y aeradores superficiales.
a. Difusores
En este tipo de aeración, el aire es forzado a través de un difusor el cual libera pequeñas
burbujas cerca del fondo del tanque, estableciendo un buen contacto entre el oxígeno y el agua.
Básicamente existen dos tipos: los porosos que producen diminutas burbujas al hacer pasar el aire
por una membrana o un medio poroso; y los no porosos que generan burbujas de mayor tamaño a
partir de fuerzas hidráulicas cortantes o de orificios en tuberías y platos perforados (15).
Los de medio poroso suelen tener altas eficiencias, sin embargo, tienen como desventaja que se
taponan con facilidad del lado del aire por lo que requieren filtros y mantenimiento constante.
Los difusores que producen burbujas de mayor tamaño tienen una eficiencia a la transferencia de
oxígeno menor a los difusores porosos, debido a que el área interfacial para la transferencia es
considerablemente menor. A pesar de esto, estas unidades tienen la ventaja de que no requieren
filtros para el aire y generalmente necesitan un menor mantenimiento (15).
b. Turbinas
Este tipo de unidades dispersan el aire comprimido a través de la acción del bombeo y de las
fuerzas cortantes que generan. Debido a que el mezclado es independientemente controlado por
20
la potencia de la turbina, no existen limitaciones en cuanto a la geometría del tanque.
Normalmente se colocan pantallas dentro del tanque de aeración para eliminar los vórtices y
remolinos (15).
c. Aeradores superficiales
Mientras que los aeradores sumergidos (difusores) ponen en contacto al aire con el agua; los
aeradores de superficie funcionan de manera contraria, poniendo en contacto el agua con la
atmósfera. Su funcionamiento general consiste en elevar grandes volúmenes de agua por encima
de la superficie, exponiendo pequeñas gotas del líquido a la atmósfera. Este tipo de aerador puede
venir en forma de tubos generadores de corrientes, platos o hélices, los cuales se ubican en la
superficie del líquido en el tanque o justo debajo de ella (15).
El uso de sistemas de aeración tiene como ventaja:
•
Permite eliminar malos olores y despojar gases indeseados;
•
Al mismo tiempo, se puede oxidar tanto materia orgánica como inorgánica,
•
Sirve para elevar el contenido de oxígeno disuelto en el agua a valores exigidos por la
norma.
En cuanto a las desventajas se tiene que:
•
Requiere de espacio físico considerable;
•
En el caso de los difusores, es necesario limpiezas frecuentes para evitar taponamientos en
el sistema;
•
Por lo general, se requieren largos tiempos de retención, los cuales varían de acuerdo con la
eficiencia del aerador y las condiciones del afluente y el tratamiento específico que se
aplique.
2.2.1.5.
Cloración
Uno de los tratamientos terciarios más comunes es la desinfección, la cual involucra la
destrucción selectiva de los microorganismos patógenos. La desinfección de efluentes antes de la
descarga final asegura que las bacterias, virus y otros sean reducidos a niveles aceptables (18).
21
Existen muchas formas de lograr esto: agentes químicos, agentes físicos, medios mecánicos y
radiación; sin embargo, el más común de todos es la cloración.
El cloro es un elemento activo que reacciona con muchos compuestos químicos contenidos en
el agua, formando componentes nuevos o menos ofensivos. Hidrólisis e ionización ocurren
cuando se añade cloro gaseoso al agua, el cual forma ácido hipocloroso, HOCl, y el ión
hipoclorito, OCl –, ambos llamados cloro libre o residual. Las sales de hipoclorito de calcio,
Ca(OCl)2, y de sodio, Na(OCl), pueden ser añadidas al agua para formar cloro libre. HOCl es la
forma predominante a pH < 7,0 lo cual es beneficioso para la cloración ya que su poder
desinfectante es de aproximadamente 40 a 80 veces el de OCl – (18).
HOCl reacciona con el amoníaco en el agua para formar diferentes tipos de cloraminas,
compuesto que constituyen lo que se llama cloro libre combinado. Debido a que las cloraminas
tienen un poder desinfectante inferior, es necesario añadir una cantidad de cloro extra para
asegurar la presencia de cloro residual. En la Figura 2.8 se muestra un esquema del fenómeno de
reacción resultante cuando se añade cloro a un agua residual con contenido de amoníaco (18).
Figura 2.8. Punto de quiebre de la cloración (18).
22
La efectividad de la desinfección por cloración es una función del pH, la temperatura y el
tiempo de contacto, donde este último, en conjunto con la dosis aplicada de cloro, es de suma
importancia para la eliminación de virus (18).
La dosis de cloro necesaria para el tratamiento del efluente es determinada a través de pruebas
de laboratorio realizadas previamente al agua que se desea tratar. Antes de realizar estas pruebas
se debe conocer la concentración de cloro residual permitida por las legislaciones ambientales
aplicables al proyecto.
Los usos del cloro, sus diferentes presentaciones y modos de inyección se presentan en la
Figura 2.9, mostrada a continuación.
Figura 2.9. Usos del cloro (18).
El uso de sistemas de cloración tiene como ventajas:
•
Permite eliminar malos olores y sabores del efluente;
•
Elimina o reduce considerablemente la concentración de organismos patógenos;
•
En ciertos casos, puede ser utilizado para reducir la DBO;
23
•
Es más económico que otros métodos de desinfección disponibles como el ozono y la
radiación ultravioleta.
En cuanto a las desventajas se tiene que:
•
Requiere equipos de control estrictos que monitoreen constantemente las condiciones del
efluente para asegurar que la dosis de cloro sea la adecuada;
•
El sistema completo requiere el uso de varios equipos como: unidades de bombeo, tanques
de contacto, sistemas de inyección de cloro, tanques de almacenamiento de químicos,
agitadores, entre otros;
•
Puede presentar problemas de corrosión, debido a que el cloro es un fuerte oxidante.
•
En presencia de luz solar y materia orgánica presente en el agua, genera compuesto
conocidos como halometanos, los cuales son perjudiciales para el ambiente.
Tecnologías para el tratamiento de desechos sólidos.
En la mayoría de los procesos de tratamiento primario, así como secundarios, se producen
lodos, de los que hay que deshacerse en forma adecuada. Los lodos que resultan únicamente de
los procesos de separación sólido-líquido se conocen como lodos primarios, y los provenientes de
procesos biológicos se designan como lodos secundarios. Los primarios consisten en partículas
sólidas, básicamente de naturaleza orgánica. Los secundarios son fundamentalmente biomasa en
exceso producida en los procesos biológicos (17).
La selección de procesos de tratamiento no es sencilla y obedece a consideraciones tales como
propiedades físicas y químicas del residuo, características de peligrosidad (inflamabilidad,
corrosividad, reactividad y toxicidad), la concentración de contaminantes a tratar, características
de los productos tratados, disponibilidad de instalaciones y de tecnologías para tratamiento,
regulaciones de seguridad, gasto energético, compatibilidad con el ambiente, mantenimiento de
equipos y costos (19).
La variedad de procesos disponibles para el tratamiento de residuos sólidos puede clasificarse
en tres categorías: procesos de separación de fases o separación de componentes, que se conocen
como procesos físicos, procesos de transformación química y procesos biológicos. Debido a que
para la elaboración del procedimiento no se incluyeron equipos de tratamiento de desechos
24
sólidos, en esta sección sólo se hace mención de las tecnologías involucradas en los procesos
físicos, químicos y biológicos.
a. Procesos físicos
Los procesos físicos incluyen técnicas para la separación de fases y/o componentes del residuo,
basadas en el asentamiento de las fases por efecto gravitacional y por las diferentes características
del residuo. Los métodos físicos suelen ser clasificados como técnicas de pretratamiento, ya que
en muchos casos favorecen la acción posterior de otra tecnología. Dentro de esta categoría, las
operaciones más empleadas son: flotación, sedimentación, filtración y centrifugación (19).
b. Tratamientos químicos
El tratamiento químico persigue la transformación, por medio de reacciones, de las propiedades
del residuo. Los métodos más utilizados abarcan la adición de reactivos que favorecen la
transformación de sustancias peligrosas o contaminantes en sustancias manejables. Las técnicas
más empleadas son: precipitación y neutralización. De acuerdo con la literatura, entre las
transformaciones químicas se pueden incluir las técnicas de manejo de residuos con la aplicación
de calor, es decir, los procesos conocidos como manejo térmico (19).
En este tipo de procesos las reacciones principales son reacciones de combustión (oxidación
térmica) para la transformación de residuos de naturaleza orgánica o inorgánica en sólidos de
volumen mucho menor (cenizas) y gases. Las técnicas de mayor uso para el manejo de residuos
en esta categoría son la incineración y el empleo de residuos como combustible en la fabricación
de cemento. Entre los tratamientos químicos también se considera la estabilización-solidificación,
ya que involucra la adición de agentes al residuo para mejorar las condiciones de su manejo (19).
c. Tratamientos biológicos
Los tratamientos biológicos tienen como finalidad la degradación de los compuestos orgánicos
contaminantes para que alcancen concentraciones bajas, casi no detectables o por lo menos
concentraciones por debajo de las establecidas por las regulaciones vigentes, consideradas como
aceptables o seguras. Estos procesos convierten los compuestos orgánicos contaminantes en
sustancias manejables, como CO2 y agua (H2O) (19).
25
Para el caso de la industria petrolera, las técnicas más utilizadas son: tratamiento sobre terreno o
landfarming, compostaje o composting, biopilas, biorreactores, y digestión aeróbica y anaeróbica
(19)
.
2.3. Legislaciones y normas ambientales
Los procesos para el tratamiento de efluentes difieren en su efectividad para reducir la
concentración de los parámetros de importancia (DBO, DQO, sólidos suspendidos, etc.), razón
por la cual son las leyes y estándares para la descarga de efluentes los que determinan si cierta
combinación de procesos provee un nivel de tratamiento aceptable o no. Por esta razón, antes de
empezar el diseño, se deben identificar las leyes, códigos y normas aplicables al proyecto; ya que
las mimas forman parte de las “Criterios de diseño del proyecto”.
A continuación se enumeran aquellos que están relacionados con el diseño de una planta de
tratamiento de efluentes industriales.
Legislación aplicable
La legislación ambiental venezolana está conformada por una serie de leyes y decretos que
regulan las actividades susceptibles de degradar el ambiente. A continuación se indica la
normativa ambiental que es aplicable para este tipo de proyectos.
•
Constitución de la República Bolivariana de Venezuela, publicada en la Gaceta Oficial Nº
5.453 (Extraordinaria) de fecha 24 de Marzo de 2.000.
•
Ley Orgánica del Ambiente, publicada en la Gaceta Oficial Nº 5.833 Extraordinario del 22
de diciembre de 2.006.
•
Ley Penal del Ambiente, publicada en la Gaceta Oficial Nº 35.946 del 18 de Diciembre de
1.995.
•
Ley Nº 55: Ley sobre sustancias, materiales y desechos peligrosos. Gaceta Oficial Nº 5.554
de fecha 13 de Noviembre de 2.001.
•
Ley de Aguas, publicada en la Gaceta oficial N° 38.595 del 02 de Enero de 2.007,
Reglamento publicado en la Gaceta Oficial Nº 2.022 del 28 de Abril de 1.977.
26
Decretos
Entre los decretos nacionales aplicables están:
2.3.1.1.
Decreto 883 “Normas para la Clasificación y el Control de la Calidad de los
Cuerpos de Agua y Vertidos o Efluentes Líquidos” (1998)
El Capítulo II, Art. 4 describe la calidad mínima de las aguas requerida según el uso al cual se
las destina (consumo humano, uso agropecuario, recreación, etc.). Esta clasificación es
importante cuando se planea acondicionar y reutilizar los efluentes de la planta.
Los Art. 10 y 12 del Capítulo III, Control de Vertidos Líquidos, son los de mayor interés para el
diseño de los equipos que constituyen el tren de tratamiento. Estos artículos incluyen los rangos y
límites máximos de calidad de los vertidos líquidos de acuerdo con el tipo de cuerpo de agua
donde van a ser descargados. Dichos valores son de gran importancia porque el diseño de los
equipos debe ser tal, que permita al efluente tratado tener las características necesarias para su
correcta disposición. En las Tablas 2.2 y 2.3 se presentan los límites de descarga para cuerpos de
agua dulce y salada, respectivamente.
Tabla 2.2. Descarga en ríos, estuarios, lagos y embalses (20).
Parámetro Físico - Químico
Límite Máximo o Rangos
Aceites minerales e hidrocarburos
20 mg/L
Aceites y grasas animales y vegetales
20 mg/L
Alkil Mercurio
No detectable
Aldehídos
2,0 mg/L
Aluminio total
5,0 mg/L
Arsénico total
0,5 mg/L
Bario total
5,0 mg/L
Boro
5,0 mg/L
Cadmio total
0,2 mg/L
Cianuro total
0,2 mg/L
Cloruros
1000 mg/L
Cobalto total
0,5 mg/L
Cobre total
1,0 mg/L
Color real
500 Unidades de Pt-Co
Cromo total
2,0 mg/L
Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5,20)
60 mg/L
Demanda Química de Oxígeno
350 mg/L
Detergentes
2,0 mg/L
Dispersantes
2,0 mg/L
Espuma
Ausente
27
Tabla 2.2. Descarga en ríos, estuarios, lagos y embalses (Continuación) (20) .
Parámetro Físico - Químico
Límite Máximo o Rangos
Estaño
5,0 mg/L
Fenoles
0,5 mg/L
Fluoruros
5,0 mg/L
Fósforo total
10 mg/L
Hierro total
10 mg/L
Manganeso total
2,0 mg/L
Mercurio total
0,01 mg/L
Nitrógeno total
40 mg/L
Nitritos + Nitratos
10 mg/L
pH
6–9
Plata total
0,1 mg/L
Plomo total
0,5 mg/L
Selenio
0,05 mg/L
Sólidos flotantes
Ausentes
Sólidos suspendidos
80 mg/L
Sólidos sedimentables
1,0 mg/L
Sulfatos
1000 mg/L
Sulfitos
2,0 mg/L
Sulfuros
0,5 mg/L
Zinc
5,0 mg/L
Organo-fosforados y Carbamatos
0,25 mg/L
Organoclorados
0,05 mg/L
< 1000/100 mL (muestra
Coliformes, Total
90%); nunca > 5000/100 mL
Diferencia de Temperatura
< 3°C
Tabla 2.3. Descarga al medio marino-costero (20).
Parámetro Físico - Químico
Límite Máximo o Rangos
Aceites minerales e hidrocarburos
20 mg/L
Aceites y grasas animales y vegetales
20 mg/L
Alkil Mercurio
No detectable
Aluminio total
5,0 mg/L
Arsénico total
0,5 mg/L
Bario total
5,0 mg/L
Cadmio total
0,2 mg/L
Cianuro total
0,2 mg/L
Cobalto total
0,5 mg/L
Cobre total
1,0 mg/L
Color real
500 Unidades de Pt-Co
Cromo total
2,0 mg/L
Demanda Bioquímica de Oxígeno
60 mg/L
Demanda Química de Oxígeno
350 mg/L
Detergentes
2,0 mg/L
Dispersantes
2,0 mg/L
28
Tabla 2.3. Descarga al medio marino-costero (Continuación).
Parámetro Físico - Químico
Límite Máximo o Rangos
Espuma
Ausente
Fenoles
0,5 mg/L
Fluoruros
5,0 mg/L
Fósforo total
10 mg/L
Mercurio total
0,01 mg/L
Níquel total
2,0 mg/L
Nitrógeno total
40 mg/L
pH
6–9
Plata total
0,1 mg/L
Plomo total
0,5 mg/L
Selenio
0,2 mg/L
Sólidos flotantes
Ausentes
Sulfuros
2,0 mg/L
Zinc
10 mg/L
Organo fosforados y Carbamatos
0,25 mg/L
Organo Clorados
0,05 mg/L
< 1000/100 mL (muestra 90%);
Coliformes, Total
nunca > 5000/100 mL
Diferencia de Temperatura
0 °C
En el caso especial que se vayan a tener descargas a redes cloacales, es necesario consultar el
Art. 15 del Capítulo III para obtener los límites relacionados a ese tipo de descarga.
Por último, el Art. 19 estipula que se prohíbe el uso de sistemas de drenajes de aguas pluviales
para la disposición de efluentes líquidos y la dilución de efluentes con agua limpia para cumplir
con los límites establecidos por las legislaciones ambientales vigentes.
2.3.1.2.
Decreto 2635 “Normas para el Control de la recuperación de Materiales
Peligrosos y el Manejo de los Desechos Peligrosos” (1998).
El manejo de desechos peligrosos es un tema importante que hay que tener en cuenta cuando se
diseña la planta, ya que en varios procesos de la misma se involucran materiales definidos como
peligrosos (hidrocarburos, ácidos y bases, soluciones a base de cloro, etc.) por la legislación
vigente, y que deben ser manejados de manera adecuada.
En el Art. 13 se establece una lista general de materiales peligrosos que pueden ser
recuperables, mientras que en el Anexo B se especifica dicho punto con más detalle.
29
En el caso que se requiera el uso de incineradores, se recomienda consultar el Capítulo V, ya
que el mismo contiene la información sobre las disposiciones técnicas, los límites de emisiones,
el control de su instalación y manejo.
Para el diseño de la plata de tratamiento de efluentes, también es importante revisar los Anexos
C y D del decreto. El primero contiene las concentraciones límites para distintas sustancias
contaminantes contenidas en el desecho, mientras que el segundo establece la concentración
máxima permisible de dichas sustancias en el lixiviado.
Normas
Además de cumplir con las leyes y decretos nacionales, el diseño deberá cumplir con las
Normas PDVSA y las normas internacionales que sean aplicables al tipo de instalación y sistema
que forman parte del proyecto.
2.3.1.3.
Normas PDVSA – Petróleos de Venezuela, S.A
a. MDP–01–DP–01. Temperatura y Presión de Diseño. 1998
Esta norma estipula los criterios de diseño para la determinación de la temperatura y la presión
de diseño de los equipos de acuerdo con la Tabla 2.4 y 2.5.
Tabla 2.4. Temperatura de Diseño (21).
Temperatura de operación, °C (°F) Temperatura de diseño, C (°F)
T < -17,78 (0)
T – 1,11 (30)
0 < T < 398,89 (750)
T + 10 (50)
T > 398, 89 (750)
T
Tabla 2.5. Presión de Diseño (21).
Presión de operación, kPa (psi)
Presión de diseño, kPa (psi)
P < 241,32 (35)
344,74 (50)
241,32 (35) < P < 1723,69 (250)
Pd + 172,37 (25)
1723,69 (250) < P < 3998, 96 (580)
Pd + 10%
3998, 96 (580) < P < 7997,92 (1160)
Pd + 399,90 (58)
P > 7997,92 (1160)
Pd + 5%
30
b. MDP–09–EF–05. Diseño Conceptual de Tecnologías de Control de Efluentes. 1996
Es una guía de diseño para el dimensionamiento de los siguientes equipos: Separador API,
Separador de placas corrugadas (CPI), Sistema de flotación por aire disuelto (DAF), Floculador –
Sedimentador, Laguna de estabilización y Sistema de lodos activados.
c. MDP–09–EF–03. Sistemas de Control de Efluentes. 1997
Contiene una descripción de los procesos y equipos más utilizados para el tratamiento de aguas
residuales provenientes de la industria petrolera.
d. SI-S-13. Normativa Legal en Seguridad, Higiene y Ambiente (SHA). 2001
La norma contiene una recopilación de los documentos que conforman la legislación ambiental
venezolana aplicable a las actividades llevadas a cabo por PDVSA: Sin embargo, así como dichas
normativas pueden cambiar con el tiempo o pueden surgir otras nuevas, el hecho de que una
legislación no aparezca en la Norma PDVSA, no significa que no aplique para el proyecto en
cuestión.
e. MDP–09–RA–01. Legislaciones Ambientales de Venezuela, Estados Unidos y la
Comunidad Económica Europea. 1997
Contiene una lista de documentos referentes a la legislación ambiental tanto en Venezuela
como en Estados Unidos y Europa. Esta norma, deberá revisarse en caso de que se elaboren
proyectos que tengan que cumplir con estándares.
f. MDP – 09 – RS – 03. Técnicas de Manejo de Residuos Sólidos. 1997.
Contiene una descripción de las tecnologías de manejo de residuos sólidos más comunes para el
tratamiento de desechos generados por la industria petrolera.
2.3.1.4.
Estándares del Banco Mundial (World Bank Standards)
El estándar para la calidad del agua establecido por el Banco Mundial, Water Resources and
Environment. Water Quality: Assesment and Protection, en ocasiones debe ser tomado en
consideración cuando se trata del diseño de plantas de tratamiento para compañías que se guíen
31
por estándares internacionales o requieran su cumplimiento por razones financieras. Los límites y
rangos aptos para la descarga se presentan en la Tabla 2.6.
Tabla 2.6. Límites de descarga de acuerdo a los estándares del Banco Mundial (22).
Parámetro Físico - Químico
Límite Máximo o Rangos
Aceites minerales e hidrocarburos
10 mg/L
Aceites y grasas animales y vegetales
10 mg/L
Arsénico total
0,1 mg/L
Cadmio total
0,1 mg/L
Cianuro total
0,1 mg/L
Cloro (Residual)
0,2 mg/L
Cobre total
0,5 mg/L
Cromo total
0,1 mg/L
Demanda Bioquímica de Oxígeno
50 mg/L
Demanda Química de Oxígeno
250 mg/L
Fenoles
0,5 mg/L
Fluoruros
20 mg/L
Fósforo total
2,0 mg/L
Hierro total
3,5 mg/L
Mercurio total
0,01 mg/L
Amoníaco
10 mg/L
pH
6–9
Plata total
0,5 mg/L
Plomo total
0,2 mg/L
Selenio
0,1 mg/L
Sólidos suspendidos
50 mg/L
Sulfuros
1,0 mg/L
Zinc
2,0 mg/L
2.4. Manual de procedimiento
Un manual de procedimiento es un documento que contiene, en forma cronológica y detallada,
información sobre el conjunto de actividades o etapas que se deben realizar para llevar a cabo un
determinado tipo de trabajo (23).
Los manuales de procedimiento persiguen los siguientes objetivos:
•
Recopilar de forma ordenada, secuencial y detallada las actividades que se deben efectuar
para lograr el objetivo final para el que fue elaborado el manual.
•
Establecer formalmente los métodos y técnicas de trabajo que deben seguirse para la
realización de las actividades.
32
•
Precisar responsabilidades operativas para la ejecución, control y evaluación de las
actividades.
La estructura y formato de los procedimientos documentados (en papel o en medios
electrónicos) debe estar definida por la empresa. Sin importar la estructuración particular de la
empresa, todos están compuestos por tres elementos: la descripción, los formularios y los
diagramas.
Descripción
Se refiere a la sección del documento que contiene el procedimiento detallado, enumerando las
actividades que lo integran de forma cronológica y precisa, especificando cómo y cuándo debe
ser ejecutada.
a. Identificación:
En esta sección, deben estar incluidos: el título y código del documento, el nombre y logotipo
de la organización, fecha de elaboración, personas o unidades responsables de su elaboración y
número de revisión y/o aprobación.
b. Objetivo
Define el propósito para el que fue elaborado el procedimiento.
c. Alcance
El alcance del proyecto permite definir las áreas o campos de aplicación del procedimiento
documentado y sus limitaciones.
d. Conceptos
En esta sección se incluyen Palabras o términos de carácter técnico que se emplean en el
procedimiento, las cuales, por su significado o grado de especialización requieren de mayor
información o ampliación de su significado, para hacer más accesible al usuario la consulta del
documento.
33
e. Descripción de las actividades
En esta sección se presenta por escrito, en forma narrativa o secuencial, cada una de las
actividades que se deben llevar a cabo, explicando en qué consisten, cuándo, cómo, dónde y con
qué de deben realizar.
El nivel de detalle puede variar dependiendo de la complejidad de las actividades, métodos
utilizados, y el nivel de habilidades y de la formación necesaria para que el personal logre
llevarlas a cabo. Independientemente del nivel de detalle, los siguientes aspectos deberían
considerarse cuando sea aplicable:
•
Definición de las necesidades de la organización, sus clientes y proveedores.
•
Descripción de los procesos mediante texto y/o diagramas de flujo relacionados con las
actividades requeridas.
•
Descripción de los controles del proceso y de los controles de las actividades identificadas.
•
Definición de los recursos necesarios para el logro de las actividades.
•
Definición de la documentación apropiada relacionada con las actividades requeridas.
•
Definición de los elementos de entrada y resultados del proceso.
f. Anexos
Incluyen la información de apoyo al procedimiento documentado, tales como tablas, diagramas
de flujo, hojas de cálculo, listas de chequeo, entre otros.
Formularios
Los formularios constituyen todos aquellos documentos que permiten captar, registrar y
proporcionar información que para la realización de las actividades involucradas en el
procedimiento.
Entre los formularios generados en un proyecto de ingeniería están: listas de chequeo, listas de
equipos y hojas de datos de equipos.
34
Diagramas
Los diagramas son una representación gráfica en las que se esquematizan de forma simplificada
las actividades de un procedimiento. Los diagramas presentados en forma sencilla y accesible en
el manual, brindan una descripción clara de las actividades a realizar y facilitan su comprensión
(24)
. Entre los diagramas utilizados se encuentran los diagramas de flujo y los IDEF0.
2.4.1.1.
Diagramas de flujo
Es un diagrama que expresa gráficamente las distintas operaciones que componen un
procedimiento o parte de éste, estableciendo una secuencia lógica. Según su formato o propósito,
pueden contener información adicional sobre el método de ejecución de las operaciones.
Los símbolos comúnmente usados se presentan en la Tabla 2.7, los mismos tienen significados
específicos, y se encuentran conectados entre sí por flechas que indican el flujo del proceso.
Tabla 2.7. Símbolos comunes usados en la elaboración de un Diagrama de Flujo (25).
Símbolo
Significado
Inicio o final del proceso: Señala el principio o terminación de un
procedimiento. Cuando se utilice para indicar el principio del
proceso se debe identificar con la palabra INICIO, y cuando se use
para el final se debe identificar con la palabra FIN.
Operación: Representa la realización de una operación o actividad
relativa a un procedimiento.
Decisión o alternativa: Indica un punto dentro del flujo en que son
posibles varios caminos alternativos.
Documento: Representa cualquier tipo de documento que entre, se
utilice, se genere o salga del procedimiento.
Conector: Representa la conexión o enlace de una parte del
diagrama de flujo con otra parte lejana del mismo.
Proceso definido: Indica que hay otro procedimiento definido y
documentado que se encuentra asociado al flujograma.
35
Diagramas IDEF0
La metodología IDEF0, Lenguaje Integrado de Definición (Integration Definition Language 0),
es una técnica de modelación concebida para representar de manera estructurada y jerárquica las
actividades que conforman un sistema o empresa, y los objetos que soportan la interacción de
esas actividades (27). El uso de este tipo de diagrama se recomienda cuando (26):
•
Se requiere preparar un modelo de proceso que proporcione exactitud, detalle y claridad en
la descripción.
•
El proceso posee cierta complejidad y los otros métodos de descripción darían lugar a
diagramas confusos.
•
En el flujo de proceso, se desea identifica o definir un punto, delimitar un aspecto del
problema que se plantea o en la estandarización de mejoras y/o cambios.
El elemento central del diagrama en que se describe el proceso es una forma rectangular a la
que se unen ciertas flechas que representan las entras, las salidas, los controles y los mecanismos
que permiten operar. En la Figura 2.10 se presenta una esquematización de este tipo de
representación gráfica.
Figura 2.10. Representación de un diagrama IDEF0 de primer nivel
A continuación de describen cada uno de los componentes del diagrama (27):
•
Actividad: se representa con un cuadro indicando la función, proceso o transformación.
36
•
Entradas: conforma el material o información consumida o transformada por una actividad
para producir “salidas”. Siempre se representa por la izquierda de la caja y, por lo general,
suele ser la salida de un proceso anterior.
•
Salidas: se refiere a los objetos, productos y servicios producidos por la actividad o
proceso. Se representan del lado derecho de la caja.
•
Controladores: son los objetos que gobiernan o regulan cómo, cuándo y si una actividad se
ejecuta o no, por ejemplo: normas, guías, políticas, procedimientos, etc. Se representan por
el lado superior de la actividad.
•
Herramientas: son los recursos necesarios para ejecutar la actividad, por ejemplo:
programas de cómputo, recursos humanos, sistemas de información, etc. Se representan por
el lado inferior de la caja.
Para elaborar correctamente este tipo de diagrama se deben seguir las siguientes reglas:
•
Los diagramas contexto deben tener números de nodo A-n, donde n es igual o mayor a cero.
•
El modelo debe contener un diagrama de contexto A-0 que contenga sólo una caja.
•
El número de la caja única del diagrama de contexto debe ser 0.
•
Un diagrama que no sea el de contexto debe tener entre tres y seis cajas.
•
Cada caja de un diagrama que no sea de contexto debe numerarse en su esquina inferior
derecha desde 1 hasta 6.
•
Las flechas deben dibujarse con trazos horizontales y verticales, nunca diagonales.
•
Cada caja debe tener un mínimo de una flecha de control y una flecha de salida.
•
Una caja puede tener cero o más flechas de entrada.
•
Una caja puede tener cero o más flechas de herramientas.
•
Los nombres de flechas y cajas no deben consistir únicamente en palabras tales como:
función, actividad, proceso, entrada, salida, control o herramienta.
CAPÍTULO 3
MARCO METODOLÓGICO
La metodología se refiere a la estrategia que adopta el investigador para dar respuesta ante un
determinado problema o necesidad. En este caso, el proyecto se elaboró respondiendo a un diseño
compuesto por una investigación de tipo documental, la cual se entiende como aquella que se
basa en la obtención y análisis de datos provenientes de materiales impresos u otro tipo de
documentos.
Para alcanzar los objetivos planteados en el trabajo se aplicó la metodología compuesta por los
pasos descritos a continuación.
3.1. Recopilación de la información
Durante esta etapa inicial se recolectó toda la información referente a las tecnologías
disponibles para el tratamiento de efluentes industriales y el dimensionamiento de los equipos
que conforman dichas tecnologías. También se recopiló información relacionada con normas y
legislaciones ambientales aplicables a este tipo de proyectos, etapas y actividades involucradas en
el diseño de un proyecto de acuerdo con el Departamento de Procesos de Empresas Y&V y los
documentos asociados a dicho proceso de diseño. Para obtener la información necesaria, se
realizaron los siguientes tipos de consultas:
a. Consultas bibliográficas
Consistió en la lectura y análisis de material bibliográfico relacionado con los tópicos teóricos
vinculados al objeto de estudio, los cuales sirvieron como base para la realización del marco
teórico de este proyecto. Entre este tipo de material se encuentran: libros, manuales de diseño,
normas y documentos de proyectos anteriores realizados en la empresa.
38
b. Consulta de las fuentes electrónicas
Dentro de esta categoría se encuentra la Internet y la base de datos (Intranet) de la empresa. La
primera se utilizó para consultar información referente a las tecnologías de tratamiento y a la
elaboración de diagramas, mientras que la segunda sirvió para consultar la documentación
disponible acerca de proyectos en materia ambiental desarrollados anteriormente por la empresa.
c. Entrevistas informales
Ésta técnica de comunicación directa hecha mediante el diálogo entre dos personas, fue
empleada para recolectar y registrar información obtenida a partir de la experiencia del personal
de Empresas Y&V, gracias a sus trabajos anteriores en proyectos relacionados con la rama de
ingeniería sanitaria. Se contó con la colaboración del personal tanto de la Gerencia de Procesos
como la Gerencia de Ambiente.
3.2. Esquematización del Manual de Procedimiento
Con la información proporcionada por el personal de la empresa y los documentos de proyectos
anteriores, se identificaron las etapas y actividades involucradas en el diseño de un proyecto por
parte del Departamento de Procesos. Estas actividades fueron ordenadas en orden cronológico
para formar la estructura base que constituirá el cuerpo del procedimiento.
Una vez esquematizado el procedimiento de diseño, se determinó qué documentos de la
compañía son aplicables al mismo y qué otros son necesarios crear para estandarizar el método de
diseño de la planta de tratamiento de efluentes industriales (PTEI).
3.3. Dimensionamiento de los equipos
La gama de tecnologías disponibles para el tratamiento de efluentes industriales es amplia y su
selección depende fuertemente de la composición que posee el efluente en cuestión, y de las
características que se desean en el mismo para el momento de su descarga en el medio receptor.
Por esta razón, para cumplir con los objetivos planteados para este trabajo y poder dimensionar
y elaborar las hojas de cálculo referentes a las tecnologías de tratamiento de efluentes
industriales, se establecieron siete procesos de tratamiento, las cuales se listan a continuación:
•
Fosa de acumulación previa;
39
•
Separador API (American Petroleum Institute);
•
Separador de placas corrugadas (CPI, Corrugated Plate Interceptor);
•
Sistema de flotación por aire disuelto (DAF, Dissolved Air Flotation);
•
Sistema de aeración;
•
Clarificador;
•
Sistema de cloración.
La selección de estas tecnologías estuvo fundamentada en dos hechos. El primero, y más
importante, se refiere a que la mayoría de los proyectos desarrollados por Empresas Y&V
pertenecen al área petrolera, por lo tanto el diseño de plantas de tratamiento que puedan manejar
este tipo de vertidos es de gran importancia para la organización. El segundo, es que las
tecnologías escogidas son comunes para el tratamiento de efluentes provenientes de otros
sectores industriales, lo cual le permite a la empresa tener una base para iniciar el
dimensionamiento de un tren de tratamiento para otro tipo de efluentes.
3.4. Elaboración de documentos
Una vez definidas las tecnologías, se utilizó la información recopilada anteriormente para
determinar un método para su dimensionamiento. Cada uno de estos métodos sirvió para elaborar
la hoja de cálculo correspondiente a dicha tecnología, siguiendo el formato y los estándares de la
organización. Al finalizar, las mismas fueron sometidas a revisión y aprobación.
Luego, con los parámetros obtenidos del dimensionamiento, se elaboraron las hojas de datos de
los equipos y sus respectivas listas de chequeo, las cuales se citan como documentos anexos al
manual y permiten llevar a cabo de forma estándar las actividades descritas en el mismo.
Después de reunir toda la información pertinente al proceso de diseño de la PTEI se procedió a
integrarla en el documento escrito denominado “Manual de Procedimiento”. Luego de ser
elaborado, el contenido del mismo fue sometido a una revisión por parte de personal capacitado
dentro de la empresa para verificar que la información esté completa, comprensible y acorde con
los lineamientos de la organización.
40
Adicionalmente, se creó una hoja de cálculo para facilitar la evaluación de las tecnologías de
tratamiento disponibles tomando en cuenta, los criterios establecidos en dicha sección del
manual.
También se elaboró un diagrama de flujo del procedimiento completo para incluirlo al Mapa de
Procesos de Empresas Y&V, de forma de facilitar el acceso a la información desde la base de
datos de la compañía y para proveer un mejor entendimiento del procedimiento de diseño de una
PTEI.
Por último, se realizó un diagrama de flujo para facilitar la selección de tecnologías de
tratamiento de efluentes y complementar la información del manual.
En la Figura 3.1 se presenta un diagrama de flujo que representa la metodología para el
desarrollo del presente trabajo.
Figura 3.1. Metodología para el desarrollo del proyecto.
CAPÍTULO 4
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En el presente capítulo se presentarán los resultados obtenidos en las etapas de la metodología
comentadas anteriormente:
4.1. Esquematización del Procedimiento
Después de consultar la documentación correspondiente a proyectos anteriores realizados en la
empresa, se determinó la siguiente secuencia de pasos a realizar para el desarrollo de un proyecto
desde el punto de vista de Ingeniería Básica:
•
Recopilación de información;
•
Levantamiento de campo;
•
Consulta de normas y legislaciones aplicables;
•
Elaboración de bases y criterios de diseño del proyecto;
•
Identificación de tecnologías disponibles;
•
Selección de tecnologías;
•
Elaboración de diagrama de bloques del proceso (DBP);
•
Elaboración de balance de masa;
•
Elaboración de diagrama de flujo del proceso (DFP);
•
Diagrama de Tuberías e Instrumentación (DTI);
•
Dimensionamiento de los equipos;
•
Simulación del proceso;
•
Verificación del balance de masa y del DFP y DTI;
42
•
Elaboración de los cálculos hidráulicos de las líneas
•
Elaboración de hoja de datos de los equipos;
•
Elaboración de las listas de líneas y equipos;
•
Elaboración del documento “Descripción del Proceso”.
Estos pasos fueron utilizados para la estructuración del procedimiento, exceptuando el
levantamiento en campo y la etapa de simulación. El primero se excluyó porque éste se efectúa
en los casos donde se va a realizar la evaluación de una planta ya existente y el procedimiento
que se elaboró es para el caso del diseño de una planta. El segundo no se incluyó dentro de las
actividades a llevar a cabo porque la empresa no cuenta con programas de simulación para el tipo
de equipos involucrados en el tratamiento de efluentes.
4.2. Determinación de documentos por crear
Con el procedimiento estructurado, se hizo una revisión de los documentos existentes en la base
de datos de Empresas Y&V, con lo que se determinó qué documentos ya se encuentran
normalizados y disponibles en la empresa y cuáles se deberían crear para ser adicionados al
procedimiento en proceso de elaboración. Se observó la necesidad de crear:
•
Hojas de cálculo para el dimensionamiento de los equipos seleccionados: separador API,
separador de placas corrugadas (CPI), sistema de flotación por aire disuelto (DAF), sistema
de aeración, sistema de cloración, fosa de acumulación previa y clarificador;
•
Hojas de datos para almacenar los valores de los parámetros que definen al equipo o sistema
de tratamiento, los cuales son obtenidos a partir de los resultados arrojados por las hojas de
cálculo.
•
Listas de chequeo para verificar que toda la información necesaria que define al tren de
tratamiento esté completa
4.3. Dimensionamiento básico de los equipos
Para el dimensionamiento de los equipos se utilizó información obtenida de manuales de diseño
(Handbooks), libros de texto y normas nacionales e internacionales. En el Anexo A se presenta
43
con detalle las ecuaciones y criterios de diseño utilizados para el dimensionamiento de las
tecnologías elegidas.
4.4. Elaboración de documentos
Los documentos generados cumplen con los formatos preestablecidos por la empresa y se
encuentran debidamente identificados incluyendo: nombre y código del proyecto, ubicación,
nombre del cliente, título y código del documento, número de revisión, fecha de elaboración y
nombre del personal de elaboración, revisión y aprobación del mismo. Estos documentos se
describen a continuación:
4.4.1. Hojas de cálculo
Una vez definido el dimensionamiento de cada equipo, se elaboró la hoja cálculo respectiva
utilizando el programa Microsoft® Office Excel ™.
Las hojas, además de cumplir con el formato de la empresa y estar debidamente identificada,
están divididas en dos partes. La primera contiene un compendio de las ecuaciones y criterios de
diseño, variables definidas y sus unidades respectivas. La segunda, es la hoja de cálculo en sí, la
cual realiza todos las operaciones matemáticas necesarias a partir de la información suministrada
por el usuario.
Las casillas para los datos de entrada son de color gris para facilitar su visualización y
diferenciación de las casillas que arrojan resultados (que son de color blanco). Las mismas
presentan dos modalidades: en unas los datos son insertados directamente por el usuario, mientras
que en otras se seleccionan a partir de valores presentados en una lista desplegable. Esta última
opción se utilizó en los casos donde el parámetro debe tener un valor definido dentro de un rango
establecido por alguna norma o legislación ambiental.
También se incluyó una función de advertencia dentro de la hoja para informar al usuario que
debe modificar algún dato de entrada o criterio de diseño porque cierto resultado obtenido se sale
del rango establecido por alguna norma o legislación específica.
Además, la hoja ofrece la flexibilidad de proporcionar los resultados en diferentes juegos de
unidades que pueden ser elegidos libremente por el usuario. Las hojas de cálculo elaboradas se
presentan en el Anexo B del presente trabajo.
44
4.4.2. Hojas de datos de los equipos
Al finalizar el dimensionamiento del equipo y tener claros los parámetros que definen a cada
uno de los tratamientos se elaboró, usando Microsoft® Office Excel
™
, las hojas de datos para
cada uno de ellos.
Cada una de las hojas se encuentra dividida en tres partes. La primera contiene la información
de las condiciones de proceso (temperatura y presión), los flujos de entrada y salida a la unidad,
los parámetros de control que usualmente se refieren a la utilidad del quipo (concentración de
sólidos suspendidos o aceite en flujo salida, reducción de DBO, etc.), temperatura y presión de
diseño, dimensiones del equipo, requerimientos de aire o aditivos químicos y material de
construcción. La segunda y tercera parte, comunes entre todas las hojas, corresponden a una tabla
para registrar la composición del flujo de entrada de acuerdo con los parámetros incluidos en el
Decreto 883 y un espacio libre para colocar un esquema representativo del equipo o sistema de
tratamiento diseñado, respectivamente. En el Apéndice C se muestran las hojas de datos
elaboradas, las Figuras C.1b y C.1c muestran las secciones de composición del afluente y
esquema del equipo para el caso de la Fosa de Acumulación Previa, éstas dos partes no fueron
incluidas en las otras hojas anexas al trabajo por ser iguales a las presentadas anteriormente.
Las hojas de datos son importantes porque permiten recopilar la información de diseño obtenida
por el dimensionamiento del equipo a través de la hoja de cálculo, la cuál será utilizada por otras
disciplinas involucradas en el proyecto para completar el diseño de la PTEI.
4.4.3. Listas de chequeo
Las listas de chequeo permiten verificar a la hora de entrega de documentos que toda la
información entregada (o recibida) esté definida y completa. Por esta razón se elaboró una lista
de chequeo para cada una de las hojas de datos creadas.
Estas listas (ver Apéndice D), elaboradas con Microsoft® Office Word ™, permiten revisar que
los hojas de datos estén debidamente identificadas, que contengan la información referente a las
condiciones de proceso, el flujo de entrada y salida con sus respectivas propiedades, los
parámetros a controlar a la salida de la unidad, los requerimientos de aire o aditivos químicos, las
dimensiones de los equipos y el material de construcción.
45
4.4.4. Elaboración del manual de procedimiento
El cuerpo del manual (ver Apéndice E) está estructurado de acuerdo con los pasos de diseño
identificados anteriormente. Para la lista de actividades presentadas a continuación, el manual
cita los documentos a utilizar (procedimientos, listas de chequeo u hojas de cálculo), ya que los
mismos están actualmente normalizados por la empresa, por lo tanto su elaboración debe seguir
dichos criterios.
•
Elaboración de Bases de Diseño del proyecto,
•
Elaboración de Criterios de Diseño de procesos;
•
Elaboración de Diagrama de Bloques del Proceso (DBP);
•
Elaboración del Balance de Masa;
•
Elaboración del Diagrama de Flujo del Proceso (DFP);
•
Elaboración del Diagrama de Bloques del Proceso (DTI);
•
Elaboración de Cálculos Hidráulicos.
Además, se añadieron las siguientes secciones al documento:
a.
Información del requerida
Dentro de esta sección se incluyó los parámetros que se consideraron como información
importante que debe ser suministrada por el cliente al inicio del proyecto para poder diseñar
correctamente la PTEI. Dicha sección fue dividida en los siguientes puntos:
•
Volumen producido del efluente: se necesita conocer el caudal del efluente ya que el
mismo es utilizado para el diseño de drenajes, tuberías, unidades de tratamiento y otras
unidades de manejo de desechos. Además se debe conocer la frecuencia de producción
(continua o por cargas) y que días de la semana se produce. Por último, también es
recomendable conocer si el efluente es segregado antes de llegar a la PTEI, porque esto
puede influir en el tamaño de los equipos y en la cantidad de servicios y sustancias
químicas requeridas.
46
•
Caracterización del efluente: El entendimiento de las características físicas, químicas y
biológicas del efluente es importante para el diseño, operación, sistema de recolección,
tratamiento y disposición del efluente. La naturaleza de estas características depende del
tipo de industria, las condiciones de proceso y el clima. En la Tabla 4.1 se presentan los
parámetros que deben estar incluidos en la caracterización realizada al efluente que se
desea tratar.
Tabla 4.1. Parámetros que debe incluir la caracterización del efluente entregada por el cliente.
Parámetros
•
DBO
Amoníaco
DQO
Cianuros
Grasas, Aceites e Hidrocarburos
Cloruros
Organismos Coliformes
Fenoles
pH
Fluoruros
Sólidos Disueltos
Fósforo
Sólidos Sedimentables
Metales (Pb, Zn, Fe, Cr, Cu, Pt, Hg, Al)
Sólidos Suspendidos
Nitrógeno, Nitritos y Nitratos
Temperatura
Selenio
Turbidez
Sulfuros
Localización de la Planta: La información sobre la localización de la planta debe incluir
área física disponible para construcción, distancia a la que se encuentra dicha ubicación
con respecto a la planta productora del efluente a tratar, vías de acceso a la zona y
servicios disponibles (electricidad, agua potable, colector de aguas negras, gas, etc.).
•
Características ambientales de la región: entre los parámetros proporcionados se debe
incluir información sobre la precipitación anual en la zona tanto promedio como máxima
y su distribución mensual; información sobre las temperaturas máximas y mínimas en la
región y su variación mensual; información sobre la humedad relativa y la dirección y
velocidad de los vientos.
47
•
Suelo: Entre los documentos consignados se debe incluir el plano de relieve de la región e
información sobre los tipos de suelo que la conforman (arcilloso, arenoso, con grava,
etc.). También se debe incluir el uso actual de dichos suelos, su pH y su capacidad de
retención de humedad.
•
Hidrografía: Como se trata de una planta de tratamiento de efluentes, es de suma
importancia conocer la hidrografía de la región (lagos, lagunas, ríos, acceso al mar,
fuentes subterráneas, etc.) para poder determinar cuál es la mejor opción para hacer la
descarga del efluente una vez tratado. La información recolectada debe incluir calidad de
los cuerpos de agua (superficial y subterránea) de la zona, capacidad de amortiguación y
biodegradación; y para el caso de los ríos: su longitud y caudal promedio anual.
b.
Lista de normas y legislación aplicables
Se adicionó al documento una lista de normas y legislaciones ambientales aplicables al
tratamiento de efluentes, las cuales se encuentran conectadas por hipervínculos al documento
original en la base de datos de la empresa. Esto brinda la posibilidad de fácil modificación en
caso de que los mismos sean modificados u actualizados en el futuro. Esta lista de legislaciones
ambientales es presentada en el Capítulo 2 del presente trabajo.
c.
Descripción de las tecnologías disponibles
A modo de proporcionar conocimientos básicos de las tecnología disponibles para el
tratamiento de efluentes, se agregó una descripción de las más usadas para el caso de efluentes de
refinería (por ser la rama industrial más solicitada para Empresas Y&V), incluyendo una lista de
ventajas y desventajas de cada una de ellas.
Entre las tecnologías mencionadas dentro del documento están: separación agua-aceite
(separadores API y CPI), flotación por aire disuelto, coagulación-floculación-sedimentación,
aeración, cloración, filtración, neutralización, tratamientos biológicos (en general) y tratamientos
terciarios (en general). Estas descripciones pueden ser ampliadas en el futuro cuando se le añadan
nuevos tratamientos al manual de procedimiento.
También se incluyó una breve descripción de las tecnologías más comunes para el tratamiento
de desechos sólidos en la industria petrolera porque, a pesar de que no pertenece al objetivo del
48
presente trabajo, dichas tecnologías deben ser tomadas en consideración cuando se diseña una
PTEI ya que la misma debe poseer facilidades para tratar los lodos producto del tratamiento del
efluente.
d.
Criterios de selección de tecnologías disponibles
La selección de la tecnología es uno de los puntos clave en el diseño de un proyecto, ya que la
misma determina el éxito del proceso o no. Una tecnología inadecuada trae como consecuencia el
tratamiento ineficiente del efluente, ocasionando daños ambientales y problemas legales, que
pueden convertirse en económicos, para la compañía dueña de la planta productora del efluente
contaminante. Debido a su importancia, las diferentes tecnologías disponibles deben ser
evaluadas desde varios puntos de vista para poder determinar de manera objetiva y cuantificada,
el tratamiento o serie de tratamientos más adecuados para el efluente en cuestión.
Los criterios a tomar en cuenta cuando se realiza la evaluación de un conjunto de tecnologías
disponibles, dependen de las características que se consideren importantes para la realización de
un proyecto determinado. A continuación se presenta la descripción de los criterios que se
creyeron convenientes considerar para los aspectos: Técnicos, Ambientales y Económicos.
Es importante resaltar que, a modo de ejemplo, se le asignaron valores o porcentajes a los
parámetros de evaluación. Sin embargo, estos deben ser modificados para ajustarse a lo acordado
con el cliente cuando se establecieron las bases y criterios de diseño, y de acuerdo a la
información disponible para el momento de la realización del proyecto.
 Aspectos Técnicos
Esta categoría incluye los aspectos asociados a las tecnologías de tratamiento que permite
establecer y comparar las ventajas y desventajas de una tecnología con respecto a otra, desde el
punto de vista operacional y estratégico.
• Eficiencia
Para evaluar la eficiencia de la tecnología se definen tres elementos:
49
-
Porcentaje de reducción del volumen de desecho:
Representa la potencialidad de la tecnología para reducir el volumen de desechos. La tecnología
más favorable es aquella que logre reducir en mayor porcentaje el volumen inicial del residuo.
La asignación de peso se definió como sigue:
Baja ó 1:
Reducción menor del 50% del volumen inicial del residuo;
Media ó 3: entre 50% y 80%;
Alta ó 5:
-
mayor de 80%.
Capacidad de manejo de volúmenes de desechos generados:
Representa la capacidad de la tecnología para recibir y procesar los desechos y/o materiales
recuperables. La tecnología más favorable será aquella que pueda manejar la mayor cantidad de
residuos en términos de volumen.
La asignación de peso se definió como sigue:
Baja ó 1:
Manejo menor del 50% de los residuos;
Media ó 3: entre 50% y 80%;
Alta ó 5:
-
mayor de 80%.
Diversidad de manejo de desechos:
Representa la flexibilidad de la tecnología para manejar distintos tipos desechos y/o materiales
recuperables. La tecnología más favorable será aquella que pueda manejar la mayor diversidad
de residuos.
La asignación de peso se definió como sigue:
Baja ó 1:
menos de 2 residuos;
Media ó 3: entre 3 y 4 residuos;
Alta ó 5:
más de 5 residuos.
50
• Complejidad
Los elementos de la complejidad se describen seguidamente:
-
Operatividad:
Representa los aspectos relacionados con la operación de la tecnología. Incluye la diversidad de
equipos requeridos, las características del proceso (continuo, por carga) y su control, cantidad de
personas requeridas, grado de instrucción y nivel del entrenamiento requerido de los operadores.
La tecnología más favorable es aquella que tenga bajo requerimiento de personal y número de
equipos y cuyo proceso sea sencillo. Se establecieron tres categorías para la asignación del peso:
Baja ó 1:
Alto requerimiento de personal y número de equipos, proceso complejo;
Media ó 3: Requerimiento medio de personal y número de equipos, proceso medianamente
complejo;
Alta ó 5:
-
Bajo requerimiento de personal y número de equipos, proceso sencillo.
Requerimientos de sistemas de control ambiental:
Corresponde a los requerimientos de sistemas de control ambiental en la tecnología para el
manejo de corrientes residuales. La tecnología más favorable es aquella que no requiere sistemas
de control de emisiones, efluentes o desechos. Se establecieron tres categorías para la asignación
del peso:
Baja ó 1:
Alto requerimiento de control ambiental (para 3 corrientes generadas);
Media ó 3: Requerimiento medio de control ambiental (para al menos 1 ó 2 corrientes
generadas);
Alta ó 5:
-
No hay requerimientos de tratamiento de los desechos generados.
Madurez de la tecnología:
Considera el tiempo de uso de la tecnología en el mercado internacional y su comprobada
eficiencia a distintas escalas de funcionamiento. La tecnología más favorable es aquella que haya
sido utilizada extensivamente con un éxito comprobado durante mucho tiempo. Se establecieron
tres categorías para la asignación del peso:
51
Baja ó 1:
Menor de 5 años en el mercado internacional y poco usada;
Media ó 3: Entre 5-14 años en el mercado y medianamente usada;
Alta ó 5:
-
Más de 15 años en el mercado y ampliamente usada.
Facilidad de construcción y/o instalación:
Referida a la forma de instalación de las facilidades operacionales de la tecnología (si es
modular o si se requiere ensamblar), espacio requerido, transporte, requerimiento de equipos
especiales (grúas), facilidad para adquirir los insumos requeridos, entre otros. La tecnología más
favorable es aquella que no requiera equipos especiales. Se establecieron tres categorías para la
asignación del peso:
Baja ó 1:
Construcción compleja y alto requerimiento de espacio;
Media ó 3: Construcción medianamente compleja y requerimiento moderado de espacio;
Alta ó 5:
-
Fácil construcción (modulares, fácil transporte) y poco requerimiento de espacio.
Mantenibilidad:
Referida a la complejidad del mantenimiento: facilidad para realizarlo, equipos y repuestos
empleados, recursos humanos (número de personas requerido, grado de instrucción y calidad del
entrenamiento de los mantenedores), confiabilidad de los equipos utilizados por la opción, lo cual
redundará en una tasa de falla menor. La tecnología más favorable es aquella que requiera el
menor mantenimiento y que cuando se realice emplee equipos y repuestos de fácil adquisición,
utilice la menor cantidad de personas y requiera el menor nivel de especialización del personal.
Se establecieron tres categorías para la asignación del peso:
Baja ó 1:
Alta tasa de falla y de mantenimiento complejo. Alto requerimiento de personal y
nivel de especialización para dar mantenimiento;
Media ó 3
Moderada tasa de falla y moderado mantenimiento. Requerimiento moderado de
personal y nivel de especialización para dar mantenimiento;
Alta ó 5:
Baja tasa de falla y de fácil mantenimiento. Bajo requerimiento de personal y nivel
de especialización para dar mantenimiento.
52
-
Requerimiento de pre-tratamiento de los desechos:
Corresponde a la necesidad de realizar un tratamiento previo a los desechos y/o materiales
recuperables antes de incorporarlos a la tecnología. La tecnología más favorable es aquella que
no requiera pre-tratamiento de la corriente residual. Se establecieron tres categorías para la
asignación del peso:
Baja ó 1:
Altos requerimientos de pre-tratamiento;
Media ó 3: Moderado requerimiento de pre-tratamiento;
Alta ó 5
Sin o mínimos requerimientos de pre-tratamiento.
• Servicios requeridos
Se refiere a la necesidad de emplear servicios básicos tales como: agua, energía eléctrica y
vapor para el arranque y operación de la tecnología evaluada. La tecnología más favorable es
aquella que no requiera o que sean mínimos los requerimientos de servicios. Los “servicios
requeridos” constan de un solo elemento y puede ser evaluado como se describe seguidamente:
Baja ó 1:
Alto requerimiento de servicios, tasa de falla y de mantenimiento complejo;
Media ó 3: Moderado requerimiento de servicios;
Alta ó 5
Bajo ó ningún requerimiento de servicios.
• Requerimiento de insumos y/o aditivos químicos
Este aspecto está relacionado a la necesidad que tiene una determinada tecnología de la
utilización de ciertos insumos o aditivos químicos para poder funcionar adecuadamente. La
tecnología más favorable es aquella tenga un requerimiento mínimo o nulo de insumos y/o
productos químicos. En el caso de que todas las tecnologías evaluadas tengan requerimientos de
insumos, la más favorable será la que utilice el insumo con el menor costo en el mercado. Este
aspecto puede ser evaluado de la siguiente manera:
Baja ó 1:
Alto requerimiento de insumos y aditivos químicos;
Media ó 3: Moderado requerimiento de insumos y/o aditivos químicos;
Alta ó 5
Bajo ó ningún requerimiento de insumos y/o aditivos químicos.
53
En la Tabla 4.2 se presenta el tipo de insumo requerido por algunas las tecnologías utilizadas
para la elaboración del procedimiento.
Tabla 4.2. Insumos requeridos por algunas tecnologías para el tratamiento de efluentes y
desechos sólidos.
INSUMOS
Proceso de
Tratamiento Cloro Coagulante Floculante Soda Cáustica Ácido
Floculación
x
Coagulación
Cloración
DAF
x
x
x
x
x
x
x
x
 Aspectos Ambientales
En este criterio se consideró el análisis del potencial de afectación relativa al ambiente que las
tecnologías identificadas puedan contribuir en los componentes agua, aire y suelo, debido a la
generación de efluentes, emisiones atmosféricas y residuos sólidos.
• Emisiones atmosféricas generadas por el uso de la tecnología y potencial impacto sobre el
aire.
Referido a la potencialidad que tiene la tecnología de generar emisiones atmosféricas ya sea en
forma de emisiones visibles, olores u otro tipo y que sean susceptibles de alterar la calidad del
aire. Con este criterio se analizan dos aspectos asociados como son el potencial de generación de
emisiones y el requerimiento de equipos de control:
-
Generación de emisiones:
La tecnología más favorable es aquella que no genera emisiones atmosféricas. Se establecieron
los siguientes índices para ponderar este criterio:
Baja ó 1:
Condición desfavorable, generan emisiones atmosféricas cuyo valor supera los
límites establecidos por la legislación ambiental vigente;
54
Media ó 3: Medianamente favorable; generan emisiones atmosféricas que no superan valores
establecidos por la legislación ambiental vigente;
Alta ó 5
-
Condición más favorable, la opción no genera emisiones atmosféricas.
Tratamiento de emisiones generadas:
En caso de existir emisiones atmosféricas, la tecnología más favorable será aquella que requiera
del uso de equipos sencillos, disponibles en el país, de bajo costo y mantenimiento para su
tratamiento. Se establecieron los siguientes índices para ponderar este criterio:
Baja ó 1:
Requiere equipos especiales o de alto costo para el control de emisiones;
Media ó 3: Requiere equipos sencillos, de bajo costo y mantenimiento para el control de
emisiones;
Alta ó 5
No requiere equipos de control de emisión.
• Vertidos líquidos generados por el uso de la tecnología y potencial impacto sobre cuerpos
de agua
Referido a la potencialidad de la tecnología de generar efluentes líquidos considerando su
volumen, frecuencia, características, conjuntamente con el potencial de alteración de la calidad de
cuerpos de agua cercanos donde sea descargado el efluente. Los elementos de vertidos líquidos se
describen seguidamente:
-
Generación de vertidos líquidos:
La tecnología más favorable es aquella que no genera efluentes. Se establecieron los siguientes
índices para ponderar este criterio:
Baja ó 1:
Condición desfavorable, se generan efluentes líquidos cuya composición supera
los límites establecidos en la legislación ambiental vigente;
Media ó 3: Condición medianamente favorable, se generan efluentes líquidos cuya
composición es inferior a la establecida por la legislación vigente;
Alta ó 5:
Condición más favorable, la opción no genera efluentes líquidos.
55
-
Tratamiento de vertidos líquidos generados:
En caso de haber vertidos líquidos, la tecnología más favorable será aquella que requiera del
uso de equipos sencillos, disponibles en el país, de bajo costo y mantenimiento para su
tratamiento. Se establecieron los siguientes índices para ponderar este criterio:
Baja ó 1:
Condición desfavorable, se requiere de tratamientos especiales o de costos
elevados para el tratamiento del vertido líquido;
Media ó 3: Condición medianamente favorable, pueden ser manejados con facilidad en la
PTEI;
Alta ó 5:
Condición más favorable, la opción no requiere de sistemas de tratamiento de
aguas.
• Desechos generados por el uso de la tecnología y potencial impacto sobre el ambiente
Referido a la posibilidad o no, que tiene la tecnología de generar desechos sólidos, así como el
potencial de peligrosidad que representan los mismos. El criterio considera la posibilidad de
afectación que los desechos pudieran tener sobre las condiciones ambientales donde se implanten.
Se consideran como elementos claves: la tasa de generación, frecuencia, características de
peligrosidad y clase de riesgo.
-
Generación de desechos:
La tecnología más favorable es aquella que no genera desechos. Se establecieron los siguientes
índices para ponderar este criterio:
Baja ó 1:
Condición desfavorable; alta generación de desechos, con alto potencial de
peligrosidad;
Media ó 3: Condición medianamente favorable; hay baja generación de desechos, con un bajo
potencial de peligrosidad;
Alta ó 5:
Condición más favorable, la opción no genera desechos.
56
-
Manejo de desechos generados:
En caso de haber producción de desechos sólidos, la tecnología más favorable será aquella que
requiera del uso de equipos sencillos, disponibles en el país, de bajo costo y mantenimiento para
su tratamiento. Se establecieron los siguientes índices para ponderar este criterio:
Baja ó 1:
Condición desfavorable, se requieren equipos o sistemas especiales o de alto costo
para su tratamiento;
Media ó 3: Condición medianamente favorable, se requieren equipos sencillos y de bajo costo
para su tratamiento;
Alta ó 5:
No requiere de sistemas de tratamiento y no tienen impacto sobre el suelo.
 Aspectos Económicos
En este criterio se consideraron los costos requeridos por inversión de la tecnología (diseño y
construcción), los costos de operación y mantenimiento que requerirá la misma y los costos de
transporte. La tecnología más favorable desde el punto de vista económico, es aquella que tenga
los menores costos de inversión, menores costos de operación y mantenimiento.
4.4.5. Elaboración de matriz multicriterios para selección de tecnologías
Con los criterios definidos anteriormente se elaboró una hoja de cálculo utilizando el programa
Microsoft® Office Excel
™
. La hoja de cálculo está divida en dos partes: en la primera se
introducen los datos de entrada compuestos por los porcentajes de peso para cada criterio de
evaluación y la ponderación perteneciente a la tecnología para cada uno de dichos criterios, la
segunda realiza las operaciones matemáticas correspondientes. Los cálculos matemáticos son
realizados automáticamente por la hoja, lo que permite agilizar el proceso de evaluación de las
tecnologías.
En la Tabla 4.3 se presentan los porcentajes de peso asignados a cada uno de los criterios
seleccionados para ser considerados en la evaluación de tecnologías disponibles.
57
Tabla 4.3. Pesos ponderados asignados a los criterios que conforman la matriz de selección de
tecnologías.
58
4.4.6. Elaboración de diagramas de flujo
Utilizando la información presentada en el Capítulo 2, se elaboró un diagrama de flujo para
facilitar la selección de tecnologías de acuerdo con la composición del efluente que se desea
tratar (Figura F.1).
También se elaboró una combinación entre diagramas de flujo y diagramas IDEF0 para
incorporar el procedimiento de diseño de la PTEI al Mapa de Procesos de Empresas Y&V
(Figura F.2), el cual permite un fácil entendimiento de la secuencia de actividades a realizar y
proporciona acceso rápido a la información y a los documentos relacionados con el manual de
procedimiento.
Los cuadros de color gris en la Figura F.2 representan los pasos del diseño que se encuentran
regidos por procedimientos ya existentes en la empresa. Para el caso de los cuadros de color
blanco, se realizaron los diagramas IDEF0 presentados en las Figuras F.3, F.4, F.5 y F.6., los
cuales permiten comprender de manera rápida qué información o documentos son necesarios para
la realización de dicha actividad y qué productos se obtendrán al final de la misma.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Después de finalizar la pasantía y cumplir con los objetivos planteados se puede concluir que:
•
La necesidad de globalización, el desarrollo de los mercados y las exigencias de los clientes
hoy en día, hacen que sea necesario que las empresas demuestren su capacidad para cumplir
con los requisitos y las necesidades de los clientes. Por tal motivo, el procedimiento para el
diseño de una planta de tratamiento de efluentes industriales permitirá normalizar las
actividades para el diseño y garantizará una ejecución eficiente del las mismas.
•
Se logró identificar los pasos y actividades involucradas en el diseño de un proyecto de
Ingeniería Básica, los cuales sirvieron como base para le estructuración del contenido del
Manual de Procedimiento para el diseño de una Planta de Tratamiento de Efluentes
Industriales (PTEI).
•
Se dimensionaron los equipos más comunes para el tratamiento de efluentes de refinería los
con lo cual se crearon hojas de cálculo que facilitan dicho proceso y proporcionan la
flexibilidad de arrojar los resultados en distintas unidades, lo cual es útil cuando se trabaja
con proyectos o proveedores internacionales.
•
Se crearon hojas de datos y listas de chequeo que permiten recopilar la información que
define el funcionamiento y las dimensiones necesarias de los equipos que conforman cada
tecnología, permitiendo verificar que la información esté clara, completa y concisa.
•
El manual de procedimiento puede estar en forma de diagrama, puede plasmarse por escrito
en forma de texto, o una combinación de ambas permitiendo que las actividades descritas en
él se realicen con uniformidad, de manera estandarizada, sin importar quienes sean los
participantes, siempre y cuando cumplan con el perfil requerido para el puesto.
•
La incorporación del diagrama de flujo del proceso de diseño permitirá facilitar la ubicación
y disposición de forma inmediata de la información y documentos relacionados con el
procedimiento, lo que se traduce en un aumento en la eficiencia de la compañía ya que no se
tiene que invertir tiempo en la búsqueda y localización del material, revisión de normas,
etc., porque todo se encuentra en un mismo documento.
60
Una vez concluido este trabajo surgen las siguientes recomendaciones:
•
Se recomienda hacer una investigación de mercado sobre los precios de adquisición y
operación de las tecnologías de tratamiento de efluentes descritas en el manual, para poder
contar con la esta información al ponderar las tecnologías en el criterio económico de la
“Matriz de Selección de Tecnologías”.
•
Realizar una ampliación del manual para incluir otras tecnologías disponibles para el
tratamiento de efluentes a manera de completar la información ya existente y poder diseñar
completamente una planta destinada a este fin.
•
Se recomienda elaborar un manual de procedimiento para el manejo de desechos sólidos ya
que los mimos son generados durante el tratamiento del efluente y deben ser dispuestos de
manera adecuada de acuerdo con las legislaciones ambientales vigentes.
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62
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APÉNDICE A
DIMENSIONAMIENTO DE EQUIPOS
65
En esta sección se presenta el dimensionamiento de los equipos principales de las tecnologías
de tratamiento de efluentes descritas con anterioridad.
A fin de definir la temperatura y la presión de diseño de todos equipos, se hizo uso de los
criterios establecidos en la Norma PDVSA MDP-01-DP-10 “Temperatura y Presión de diseño”.
Los mismos se presentan en las Tabla A.1 y Tabla A.2.
Tabla A.1. Temperatura de Diseño (21).
Temperatura de operación, T °F
Temperatura de diseño, Td °F
T<0
0 < T < 750
T > 750
T – 30
T + 50
T
Tabla A.2. Presión de Diseño (21).
Presión de operación, P [psi]
Presión de diseño, Pd [psi]
P < 35
35 < P < 250
250 < P < 580
580 < P < 1160
P > 1160
50
Pd + 25 psi
Pd + 10%
Pd + 58 psi
Pd + 5%
El resto de los cálculos individuales de cada equipo se presentan a continuación.
A.1. Fosa de acumulación previa
La fosa de acumulación previa está diseñada de manera tal, que pueda contener tanto el
volumen de agua residual a tratar proveniente de la planta (incluso en condiciones de caudal
máximo), como el agua de lluvia recolectada en la zona servida por el sistema de drenajes. Como
datos iniciales se requiere:
•
Presión de operación, P;
•
Temperatura de operación, T;
•
Flujo total de entrada del afluente, Qin;
66
•
Área superficial de la planta servida del sistema de drenajes para el agua de lluvia, Asp;
•
Tipo de superficie donde está ubicada la planta (asfalto, concreto, etc.);
•
Registro pluviométrico anual de la región donde está ubicada la planta, Rp, es decir, la
cantidad de agua de lluvia por unidad de superficie que cae anualmente en la zona.
A su vez, también es necesario establecer ciertos criterios de diseño para el procedimiento de
cálculo:
•
Tiempo de acumulación de agua de lluvia, tA
Corresponde al tiempo durante el cual el agua de lluvia escurre por el área superficial de la
planta y es recolectada por el sistema de drenajes de la misma para luego ser llevada a la fosa de
recolección para ser tratada con el resto de los efluentes. Este tiempo por lo general se encuentra
entre los 3 y 5 min.
•
Factor de diseño, F
Puede ser expresado tanto en forma de porcentaje como en forma de factor multiplicativo. El
mismo funciona como factor de seguridad para el dimensionamiento del volumen final de la fosa.
Su valor depende de las condiciones de diseño y los requisitos del cliente.
Los pasos para el dimensionamiento de la fosa de acumulación previa se describen a
continuación:
a. Coeficiente de impermeabilidad del suelo, I
Se refiere a la capacidad de adsorción de agua que tiene el suelo, la cual depende del material
del que esté constituido el mismo. Materiales con coeficientes cuyo valor es cercano a 1, tienen
un alto nivel de impermeabilidad por lo que el agua de lluvia, al caer, desliza sobre la superficie
en vez percolar a través de la misma. En la Tabla A.3 se presentan algunos de estos coeficientes
para su respectivo tipo de superficie.
67
Tabla A.3 Coeficiente de impermeabilidad del suelo (28).
Descripción
Mínimo
Máximo
Promedio
Industria pesada
Industria liviana
Pavimento de ladrillo
Pavimento de asfalto o concreto
0,5
0,6
0,7
0,7
0,8
0,9
0,85
0,95
0,65
0,75
0,78
0,83
b. Tasa de lluvia por hora, RL
Se refiere a la altura de agua de lluvia acumulada por hora. Para obtenerla, simplemente se
convierte el valor del registro anual (milímetros o pulgadas de lluvia al año) de forma tal que se
obtenga la altura de agua acumulada por hora, tal como se muestra en la Ecuación A.1 (28).
RL =
Rp
8760 horas
(A.1)
día
c. Caudal de agua de lluvia, QL
Para obtener este valor se empleó el Método Racional el cual utiliza la siguiente relación:
QL = Asp ⋅ RL ⋅ I
(A.2)
Donde QL es caudal de agua de lluvia [ft3/s], Asp es el área de la planta servida por la red de
drenajes [acres], I es el coeficiente de impermeabilidad del suelo y RL es la tasa de lluvia por
hora [in/h] (28).
d. Volumen de agua de lluvia, VL
Este valor viene dado por el caudal de lluvia y el tiempo de acumulación de la misma, tal como
se expresa a continuación:
VL = QL ⋅ t A
(A.3)
68
e. Volumen de agua residual de la planta, VWW
Por niveles de seguridad, la fosa debería tener la capacidad de almacenar por lo menos 1 día del
volumen de agua producida por la planta de procesos. Dicho volumen de agua se calcula según:
Vww = Qin ⋅ 1día
(A.4)
f. Volumen de la Fosa, V
El volumen total de la fosa es el resultante de la sumatoria de los volúmenes de agua residual y
agua de lluvia y la contribución del factor de diseño.
V = (VL + Vww ) ⋅ F
(A.5)
A.2. Separador API
Para el dimensionamiento del separador API será necesario contar con la siguiente información:
•
Presión de operación, P;.
•
Temperatura de operación, T;
•
Flujo de entrada, Qin;
•
Densidad del agua a la temperatura de operación, ρw;
•
Densidad de la mezcla de hidrocarburos, ρo;
•
Viscosidad absoluta del agua a la temperatura de operación, μw;
•
Radio equivalente promedio de las gotas de hidrocarburos, ro.
Además, también es necesario establecer ciertos criterios de diseño los cuales son requeridos
para el procedimiento de cálculo:
69
•
Profundidad del separador, D
Para que los equipos mecánicos no originen muchas perturbaciones sobre el proceso, la
profundidad del tanque debe estar comprendida en el rango de 3 a 8 ft (0,91 a 2,44 m) (29).
•
Ancho de canal, Wc
El ancho del canal queda limitado entre 6 y 20 ft (1,83 y 6,10 m) (29).
•
Factor de corto circuito, Fcc
Este parámetro se puede asignar con libertad en la Hoja de Cálculo. Sin embargo, la literatura
recomienda un valor de 1,2 (29).
•
Relación Profundidad – Ancho de canal (D/Wc)
El cociente de la profundidad con respecto al ancho de canal debe estar comprendido entre 0,3
y 0,5 (29).
•
Relación Largo – Ancho (L/Wc)
Para garantizar una buena separación, se recomienda que el cociente entre el largo y el ancho
del canal sea igual o superior a 5 (29).
El diseño del separador API se detalla a continuación:
a. Velocidad de ascenso de las gotas de hidrocarburo, vas
Para el cálculo de este parámetro, se puede utilizar la Ley de Stokes (Ecuación A.6) (29).
2 ⋅ g ⋅ ro ⋅ ( ρ w − ρ o )
vas =
9 ⋅ µw
2
(A.6)
70
Donde vas es la velocidad de ascenso de las gotas de aceite y g es la aceleración de la gravedad;
o la ecuación establecida en la Norma PDVSA MDP – 09 – EF – 05 “Diseño Conceptual de
Tecnologías de Control de Efluentes” (Ecuación A.7).
vas =
0,0241 ⋅ ( S w − S o )
µw
(A.7)
Donde Sw y So son la gravedad específica del agua y del hidrocarburo respectivamente. En esta
ecuación se asume que el diámetro promedio de la gota de hidrocarburo es 0,0015 cm.
b. Velocidad horizontal, vh
Este valor viene dado por la Ecuación A.8. Si vh > 3 ft/ min (0,01524 m/s), entonces se obvia el
valor arrojado por la ecuación y se utiliza como velocidad horizontal 3 ft/min (29).
vh = 15 ⋅ vas
(A.8)
c. Factor de turbulencia, FT
Este factor, el cual se calcula a partir de la Ecuación A.9, representa los efectos de la
turbulencia sobre el comportamiento hidráulico ideal (29):
FT = 0,022 ⋅ (vh vas ) + 1,013
(A.9)
(R2 = 0,983)
Para la obtención de dicha ecuación, primero se graficaron (Figura A.1) los datos
proporcionados por la Norma PDVSA MDP – 09 – EF – 05 “Diseño Conceptual de Tecnologías
de Control de Efluentes” , los cuales se presentan en la Tabla A, y luego se realizó un ajuste a la
línea de tendencia descrita por los mismos.
71
Tabla A.4. Valores para el factor de turbulencia de acuerdo a la relación vh/vas (29).
vh/vas
FT
3
6
10
15
20
1,07
1,14
1,27
1,37
1,45
1.55
1.45
FT
1.35
1.25
1.15
FT = 0.0228 v h/v as + 1.0137
R2 = 0.9833
1.05
0.95
0.0
5.0
10.0 v /v 15.0
h as
20.0
25.0
Figura A.1. Factor de turbulencia (FT) en función de la relación vh/vas.
d. Factor de diseño, F
Este factor toma en cuenta los efectos de corto circuito (Fcc) y turbulencia (FT) que afectan el
comportamiento hidráulico y lo desvían de la idealidad. El mismo se determina a partir de la
Ecuación A.10 (29):
F = FT ⋅ Fcc
e. Área superficial mínima, As
El área horizontal o superficial mínima viene expresada por la siguiente relación (29):
(A.10)
72
As = F ⋅ (Qin v as )
(A.11)
Donde Qin es caudal de entrada a la unidad.
f. Área transversal, At
El área transversal de la unidad viene expresada como (29):
At = Qin v h
(A.12)
N c = At (Wc ⋅ D)
(A.13)
g. Número de canales, Nc
Dicho valor se obtiene a partir de (29):
h. Profundidad definitiva del canal, Dc
La profundidad del canal viene dada por la siguiente expresión (29):
Dc = At (Wc ⋅ N c )
(A.14)
Es importante verificar que se con este valor de profundidad la relación profundidad – ancho
(D/W) se siga manteniendo entre 0,3 y 0,5.
i. Longitud de canal, Lc
La longitud del canal del separador viene dada por la expresión que se presenta a continuación
(29)
:
Lc = F ⋅ D ⋅ (v h v as )
(A.15)
73
j. Altura de salida del líquido, H
La altura sobre el vertedero puede ser obtenida de dos maneras. La primera es a través de la
Ecuación de Francis:
3/ 2
 1
 vh 2  
Q
 
H =
⋅
+
1838 Ah Lc  2 g  


2/3
 vh 2
− 
 2g




(A.16)
La segunda, corresponde a la simplificación de la Ecuación de Francis presentada en la Norma
PDVSA MDP – 09 – EF – 05 “Diseño Conceptual de Tecnologías de Control de Efluentes”, la
cual resulta en la siguiente expresión (29):
 Q ⋅ Lc
H = 0,212
 Ah



2/3
(A.17)
A.3. Separador CPI
Antes de iniciar con los cálculos para dimensionar el separador CPI, es imprescindible disponer
de la siguiente información:
•
Presión de operación, P;
•
Temperatura de operación, T;
•
Flujo de agua, Qin;
•
Densidad de la mezcla de hidrocarburos, ρo;
•
Radio equivalente promedio de las gotas de hidrocarburos, ro;
•
Densidad del agua a la temperatura de operación, ρw;
•
Viscosidad absoluta del agua a la temperatura de operación, μw; o viscosidad cinemática, νw.
74
Además, es necesario establecer ciertos criterios de diseño en cuanto a las dimensiones de las
placas corrugadas. Los valores para el ancho, WP, largo, LP y espesor, eP son obtenidos por parte
de los proveedores. Sin embargo, los mismos no deben ser mayores que 2 m para WP y LP y 1 cm
para eP.
•
Dimensiones de la placa
El tamaño del separador está estrechamente relacionado con las dimensiones de las placas
corrugas que se vayan a utilizar.
•
Inclinación de las placas, θP
El ángulo de inclinación varía entre 45 y 60° de acuerdo a la mayoría de los modelos
comerciales y a las especificaciones de la Norma PDVSA MDP – 09 – EF – 03 ”Sistemas de
Control de Efluentes”.
•
Separación entre las placas, sP
La separación entre las placas por lo general oscila entre los 2 y 5 cm (29).
En cuanto al dimensionamiento del separador CPI, se tiene que:
a. Velocidad crítica de sedimentación, vsc
La velocidad de sedimentación crítica (Ecuación A.18) es la velocidad mínima necesaria para
que el fluido que atraviesa el separador resuspenda los sólidos depositados en el fondo (15).
 8 gβd o (S o − 1)
v sc = 

Ff


0,5
(A.18)
Donde β es una constante cuyo valor es 0,06 por tratarse de un material no uniforme, do es el
diámetro de las gotas de hidrocarburos y Ff es el factor de fricción de Weisbach – Darcy, cuyo
valor se tomará como 0,03 por tratarse de un flujo laminar (15).
75
b. Velocidad entre las placas, vP
La teoría que sustenta el proceso de sedimentación laminar se basa en la siguiente relación (29):
vP =
LP + s P tan θ
α ⋅ sP
v sc ⋅ cos θ
+
0.058s P
2
(A.19)
νw
Donde vP es la velocidad de desplazamiento entre las placas [cm/s], vsc es la velocidad crítica de
sedimentación [cm/s], LP es la longitud de placa [cm], sP es la separación entre las placas [cm], νw
es la viscosidad cinemática del agua [cm2/s] y α es una constante cuyo valor es 1,3 para el flujo
laminar entre las placas.
c. Verificación del número de Reynolds, Re
Debido a que para el cálculo de la velocidad de desplazamiento del fluido entre las placas se
requiere el uso de una constante, cuyo valor es sólo válido para el caso de flujo laminar, es
necesario comprobar que el fluido se encuentre en dicho estado, por lo cual el número de
Reynolds debe estar comprendido entre 400 y 1600 (29).
Re =
vP ⋅ sP
νw
(A.20)
d. Área Superficial, As
El área superficial de la unidad se puede determinar de acuerdo a la siguiente expresión (29):
As = Qin v P
e. Número de placas, NP
La cantidad de placas dentro del separador viene dada por (29):
(A.21)
76
NP =
As ⋅ senθ
W ⋅ (s P + eP )
(A.22)
El valor de W, el cual representa el ancho de la zona de sedimentación, será fijado tomando
como referencia los anchos de las placas comerciales, WP.
f. Longitud del separador, L
Por último, la longitud de la unidad se puede obtener según (29):
L=
As
W
(A.23)
A.4. Sistema de flotación por aire disuelto (DAF)
Para el dimensionamiento del sistema de flotación por aire disuelto (DAF) será necesario contar
con la siguiente información:
•
Presión de operación, P;
•
Temperatura de operación, T;
•
Flujo de entrada, Qin;
•
Concentración de sólidos suspendidos en la entrada, CS in;
•
Concentración de sólidos suspendidos en la salida, CS out;
•
Concentración de hidrocarburos en la entrada, Co in;
•
Concentración de hidrocarburos en la salida, Co out;
•
Tasa de producción de lodo por cantidad de coagulante agregado, CL;
•
Presión manométrica del tanque presurizado, Pman;
•
Dosis de coagulante, Cg;
•
Porcentaje de sólidos en el lodo, %S lodo.
77
El valor para la presión manométrica del tanque presurizado, por lo general, se fija entre 40 y
60 psig (275 y 414 kPaman) (29).
Por otra parte, es necesario realizar pruebas de laboratorio con el efluente que se desea tratar
para poder determinar la dosis de coagulante óptima, Cg, y los parámetros: CS out, Co out, %S lodo.
Además, es necesario establecer ciertos criterios de diseño, los cuales son requeridos para el
procedimiento de cálculo:
•
Factor de eficiencia, FE
Se refiere al nivel de eficiencia que tiene el equipo en cuanto a la remoción tanto de
hidrocarburos como de sólidos suspendidos. El valor de FE varía entre 0,5 y 0,8 (29).
•
Tiempo de retención en el tanque presurizado, tr pres
Este valor se refiere a la cantidad de tiempo que debe permanecer cierto volumen de agua para
que se alcance la concentración deseada de aire disuelto en la misma. Por lo general, dicho valor
es obtenido experimentalmente a través de pruebas de laboratorio, sin embargo, el mismo oscila
entre 1 y 3 min (29).
•
Tiempo de retención en el tanque de floculación, tr floc
El período de retención en el tanque de floculación es el tiempo necesario para que el
coagulante ejerza su función y propicie la formación de partículas lo suficientemente grandes
como para que puedan ser arrastradas por las burbujas de aire hacia la superficie o para que
sedimenten por su propio peso. Este tiempo usualmente se determina experimentalmente, sin
embargo, por lo general se encuentra entre los 5 y los 15 min (29).
•
Tiempo de retención en el tanque de flotación, tr flot
Al igual que el caso anterior, este valor se obtiene a partir de estudios previos sobre el efluente
y comúnmente varía entre 20 y 40 min
(29)
. El tiempo de retención dentro de este tanque
representa el tiempo necesario para lograr una separación óptima, es decir, obtener un efluente lo
suficientemente clarificado para continuar el tren de tratamiento, sin tener que contar con equipos
excesivamente grandes para compensar mayores tiempos de retención.
78
El dimensionamiento del sistema DAF se describe a continuación:
a. Relación aire / sólido, ma/mS.
Representa el factor más importante en la eficiencia de la flotación, y depende del tipo de
efluente a tratar. Se refiere a la masa de aire liberado en la despresurización por masa de sólidos
presentes en el afluente, y puede afectar el proceso de floración, por cuanto influye en la
concentración final de sólidos o aceites en el efluente, así como en la velocidad de ascenso de
éstos.
La Norma PDVSA MDP – 09 – EF – 05 proporciona una serie de datos (Tabla A.5) que
representan la variación de la relación ma/mS en función de la concentración de sólidos
suspendidos en el efluente, CS out.
Tabla A.5. Relación ma/mS en función de la concentración de sólidos suspendidos en el
efluente (29).
CS out [mg/L]
ma/mS
12,5
16,0
15,0
20,0
25,0
30,0
40,0
50,0
0,068
0,050
0,055
0,030
0,022
0,019
0,015
0,013
A partir del gráfico realizado (Figura A.2), se obtuvo un par de correlaciones. La Ecuación
A.24a es válida cuando la concentración de sólidos suspendidos en el efluente, CS out, oscila entre
12,5 y 20 mg/L; mientras que la Ecuación A.24b es válida para cuando CS out está entre 20 y 50
mg/L.
ma
mS
= −0,005 ⋅ C Sout + 0,13
(R2 = 1)
(A.24a)
79
ma
= 2.10 −5 ⋅ C Sout − 0,002 ⋅ C Sout + 0,061
2
mS
(A.24b)
(R2 = 0,973)
0.08
ma/mS = -2E-18.Cs out2 - 0.005.Cs out + 0.13
R2 = 1
ma/mS
0.06
0.04
0.02
0
ma/mS = 2E-05.Cs out2 - 0.0021.Cs out + 0.0619
R2 = 0.9734
-0.02
0
10
20
30
CS out [m g/L]
40
50
60
Figura A.2. Valores para ma/mS en función de CS out
b. Tasa de desbordamiento superficial, Ts
Como criterio de diseño este valor se encuentra comprendido entre 1 y 4 gpm/ft2 [59 y 235
m3/(m2.d)] (29).
La tasa de desbordamiento se puede determinar a partir de las correlaciones presentadas en las
Ecuaciones A.25a y A.25b, las cuales son válidas cuando Co out está entre 14 y 23 mg/L para el
primer caso, y 23,0 y 37,5 mg/L para el segundo.
Ts = −0,02 ⋅ C oout + 0,949 ⋅ C oout − 8,297
(A.25a)
(R2 = 0,990)
Ts = −0,0002 ⋅ C oout + 0,044 ⋅ C oout + 2,065
2
(A.25b)
(R2 = 1)
Dichas correlaciones fueron obtenidas al graficar (Figura A.3) los valores de la Tabla A.6 y
hacer los ajustes correspondientes.
80
Tabla A.6. Tasa de desbordamiento superficial en función de la concentración de hidrocarburos
en el efluente (29).
4
Ts, gpm/ft 2
3.5
3
Ts [gpm/ft2]
Co out [mg/L]
0,70
1,00
1,50
2,00
2,60
3,00
3,25
3,50
14,0
14,0
15,0
16,5
20,0
23,0
30,0
37,5
Ts = -0.02.Co out2 + 0.949.Co out - 8.2978
R2 = 0.9906
2.5
2
Ts = -0.0002.Co out2 + 0.0444.Co out + 2.0653
R2 = 1
1.5
1
0.5
0
10
15
20
25
30
35
40
Co out [m g/L]
Figura A.3. Ts en función de Co out
c. Solubilidad del aire, Cs
La solubilidad del aire en el agua es un factor que depende de la temperatura. Se calcula a partir
de la Ecuación A.26, la cual se obtuvo a partir del ajuste hecho a la gráfica (Figura A.4) derivada
de los datos de la Tabla A.7.
Cs = 4.10 −8 ⋅ T 4 − 3.10 −5 ⋅ T 3 + 0,007 ⋅ T 2 − 0,880T + 58,80
(R2 = 0,999)
(A.26)
81
Cs [mg/L]
Tabla A.7. Solubilidad del aire en agua a diferentes temperaturas (P = Patm) (29).
50
45
40
35
30
25
20
15
10
T [°F]
Cs [mg/L]
32
50
68
86
104
122
140
158
176
194
212
37,2
29,3
24,3
20,9
18,5
17,0
15,9
15,3
15,0
14,9
15,0
4
Cs = 4E-08Ta - 3E-05Ta3 + 0.0072Ta2 - 0.8808Ta + 58.802
2
R = 0.9998
0
50
100
150
Ta [°F]
200
250
Figura A.4. Solubilidad del aire, Cs, en función de la temperatura, T a presión atmosférica (1atm).
d. Caudal de reciclo, QR
El caudal de recirculación o reciclo viene definido por la siguiente expresión (29):
QR =
ma

Cs ⋅  FE

m S ⋅ Qin ⋅ C Sout

P
⋅  man
+ 1 − 1
14
,
7

 
(A.27)
82
Donde QR es el caudal de reciclo [gpm], ma/mS es la relación aire/sólido, Qin es el caudal del
afluente [gpm], Cs es la solubilidad del aire, CS out es la concentración de sólidos suspendidos en
el efluente [mg/L] y Pman es la presión manométrica en el tanque presurizado [psig]. FE es el
factor de eficiencia de la disolución del aire en el agua, el cual varía entre 0,5 y 0,8.
e. Porcentaje de reciclo, %R
Éste se determina por (29):
Q 
% R =  R  ⋅ 100
 Qin 
(A.28)
Normalmente, el reciclo varía entre 30 y 40%, pero pueden aceptarse reciclos por encima del
15% (29).
f. Área superficial del tanque de flotación, As flot
El cálculo del área superficial requerida en el tanque de flotación sería según (29):
Asflot =
Qi n + QR
Ts
(A.29)
g. Volumen del tanque de flotación, Vflot
El volumen del tanque de flotación sería según (29):
V flot = (Qi n + QR ) ⋅ t r flot
(A.30)
h. Profundidad del tanque de flotación, Dflot
Una vez obtenido el volumen y el área superficial del tanque, la profundidad del mismo será
(29)
:
D flot =
V flot
Asflot
(A.31)
83
i. Volumen del tanque presurizado, Vpres
Se tiene que (29):
V pres = QR ⋅ t r pres
(A.32)
j. Volumen del tanque de floculación, Vfloc
Este parámetro se obtiene por (29):
V floc = (QR + Qin ) ⋅ t r floc
(A.33)
k. Flujo másico de lodo (sólidos suspendidos), mlodoS
El lodo producido por los sólidos suspendidos contenidos en el afluente tiene un flujo másico,
que se puede obtener mediante la siguiente expresión (15):
mlodoS = (C Sin − C Sout ) ⋅ Qin
(A.34)
l. Flujo másico de lodo (coagulante), mlodoC
La masa de coagulante agregada al caudal de entrada también produce una cantidad significante
de lodo que se determina mediante la expresión presentada a continuación (15):
mlodoC = Cg ⋅ CL ⋅ Qin
(A.35)
m. Flujo másico de lodo (total), mlodo
El flujo másico total de lodo producido por la unidad sería la sumatoria de el lodo proveniente
de la remoción los sólidos suspendidos y del producido por el coagulante (15).
mlodo = mlodoS + mlodoC
(A.36)
84
n. Caudal de lodo, Qlodo
Tomando como referencia el porcentaje en peso de sólidos contenido en el lodo se puede
determinar el caudal de producción del mismo, tal como lo expresa la Ecuación A.37 (15).
Qlodo =
mlodo
⋅ 100
% S lodo
(A.37)
A. 5. Sistema de aeración
En caso del dimensionamiento del sistema de aeración será necesario contar con la siguiente
información:
•
Presión de operación, P;
•
Temperatura de operación, T;
•
Flujo de entrada, Qin;
•
Demanda biológica de oxígeno en la entrada, DBOin;
•
Demanda biológica de oxígeno a la salida, DBOout.
Por otra parte, también es importante establecer ciertos criterios de diseño requeridos durante
el procedimiento de cálculo:
•
Tiempo de retención, tr
Éste se refiere al tiempo que debe permanecer cierto volumen del fluido tratado dentro del
aerador, para lograr reducir la demanda biológica de oxígeno (DBO) hasta el nivel deseado. En la
mayoría de los casos, el tiempo de retención es determinado de manera experimental, ya que el
mismo puede variar considerablemente según las características del afluente y el tipo de aeración
que se elija.
Los dos tipos de aeración más utilizados son la convencional y la de mezcla completa, cuyos
tiempos de retención son 4 – 8 h y 3 – 5 h respectivamente (18).
85
•
Profundidad o nivel de agua en el tanque, Dw
El nivel de agua en el tanque debe oscilar entre 6 y 15 ft (1,83 y 4,57 m) de profundidad (30).
•
Relación Ancho / Profundidad del tanque, (W/D)
Para garantizar buenas condiciones de mezcla, la relación W/D debe estar entre 1,5 y 2 (30).
•
Altura libre sobre el nivel del agua (Freeboard), HF
Se refiere a la distancia entre el nivel normal del líquido y el tope del tanque. Esta altura
adicional depende del tipo de aerador que se escoja para el tanque. Para el caso de los aeradores
de superficie, se recomienda que la altura adicional no sea menor a 3 ft (0,91 m), en cambio, para
los de difusión se recomienda un valor estándar de 18 in (0,46 m) (30).
•
Porcentaje de exceso de oxígeno, %O2
El oxígeno es el componente principal para lograr la oxidación de la materia orgánica en el
efluente. Por lo tanto la cantidad requerida del mismo viene dada por el porcentaje de
disminución de DBO que se desee. Como en todo proceso, los requerimientos reales en
condiciones de operación siempre se alejan de los teóricos, razón por la cuál es necesario añadir
un exceso de oxígeno para propiciar que las condiciones de operación se asemejen lo más posible
a las teóricas. Por lo general, en el diseño se incluye un 20% de exceso de oxígeno.
•
Temperatura del aire, Ta
La temperatura del aire influye en el grado de solubilidad del gas en el agua, hecho que afecta
de manera directa el proceso de oxidación.
•
Tipo de aerador
Tal como se mencionó anteriormente, los aeradores se clasifican en dos grandes grupos de
acuerdo al principio de su funcionamiento: aeradores mecánicos de superficie y los de difusión.
De acuerdo a las características mencionadas y a las necesidades del efluente se debe seleccionar
86
uno de los siguientes tipos: turbina, difusor poroso o no poroso y aerador superficial de plato o de
hélice.
Para el dimensionamiento del sistema de aeración:
a. Volumen de agua, Vw
La cantidad de volumen de agua en el tanque implica el volumen mínimo del mismo. Este valor
viene dado por el caudal de entrada a la unidad, qin, y el tiempo de retención de la misma, tr (30).
V w= Qin ⋅ t r
(A.38)
b. Ancho del tanque, W
Al fijar la relación W/D y la profundidad del agua en el tanque se obtiene directamente el ancho
del mismo de la siguiente forma (30):
W = Dw ⋅ (W D )
(A.39)
c. Largo del tanque, L
Dado el volumen total de agua del tanque y sus dimensiones de ancho y alto, la longitud queda
determinada según (30):
L=
VW
W ⋅ Dw
(A.40)
d. Profundidad del tanque, D
La profundidad total del tanque de aeración se obtiene a partir de la contribución de la altura de
líquido, Dw, y el espacio libre (freeboard) que se deja como borde sobre el mismo, HF. Por lo
tanto (30):
87
D = Dw + H F
(A.41)
e. Volumen del tanque, V
El volumen total del tanque se obtiene a través de la sumatoria del volumen ocupado por el
agua y el volumen adicional obtenido cuando se agrega el borde libre (freeboard) (30).
V = W ⋅ L ⋅ (D w + H F )
(A.42)
f. Requerimiento de oxígeno, mO2
El flujo másico de oxígeno requerido depende de los niveles de DBO en el afluente y que tan
alto sea el porcentaje de remoción. A su vez, incluye el exceso de oxígeno establecido
anteriormente (30).
m O 2 = (DBOin − DBOout ) ⋅ Qin ⋅ (1 − %O 2 100 )
(A.43)
g. Requerimiento de aire, ma
Debido a que la mayoría de los sistemas de aeración funcionan con aire y no con oxígeno puro,
es necesario calcular la cantidad equivalente de aire en función del oxígeno requerido. Para esto,
se debe considerar que la fracción molar del oxígeno en el aire es 0,21 y que su peso molecular es
32 kg/kmol, mientras que el del aire es 28,9 kg/kmol. Partiendo del flujo másico oxígeno
necesario en kg/d se hacen las transformaciones necesarias (Ecuación A.44a) y se obtiene la
Ecuación A.44b que define el flujo de aire requerido (30).
ma = mO 2 [kg / d ] ⋅
1kmolO 2 1kmol aire 28,9kg aire
⋅
⋅
32kg 0,21kmolO 2 1kmol aire
ma = mO 2 ⋅ 4,301(kg aire kg O 2 )
(A.44a)
(A.44b)
88
h. Consumo energético, p
El consumo energético se refiere a la potencia necesaria para poder suministrar la cantidad de
aire requerida para lograr el proceso de oxidación y para mantener los sólidos en suspensión. El
cálculo del mismo depende del tipo de aerador que se emplee.
•
Aerador mecánico de superficie
En este caso, la potencia requerida para suministrar el oxígeno viene dada por la Ecuación
A.45, donde ma es la demanda de aire [lbaire/d] y RO2 es la tasa de transferencia de oxígeno
[lbO2/hp.h] que varía de acuerdo al tipo de aerador según se muestra en la Tabla A.8 (30).
pO 2 =
ma
24h / d ⋅ RO 2
(A.45)
Tabla A.8. Tasa de transferencia de oxígeno según el tipo de aerador mecánico de superficie (15).
Tipo de aerador
RO2 [lbO2/hp.h]
Plato
Turbina
Hélice
2,0 – 2,5
3,0 – 3,5
2,5 – 3,5
En cuanto a la energía para mantener los sólidos en suspensión se debe utilizar la Ecuación
A.46, donde Vw es el volumen de agua en el tanque [gal] y pO2 es la potencia [hp] calculada por la
expresión anterior (Ecuación A.45) (30).
p
=
kgal
pO 2
 kgal 

Vw ⋅ 
 1000 gal 
(A.46)
Si el valor obtenido es mayor o igual a 0,14, implica que la potencia calculada con la Ecuación
A.45 es suficiente para suministrar la cantidad de aire necesaria y mantener los sólidos en
suspensión. Si dicho valor es menor a 0,14, entonces la potencia total necesaria tanto para los
89
requerimientos de oxígeno como para el de los sólidos suspendidos se obtiene a partir de la
Ecuación A.47, donde el Vw es el volumen de agua en el tanque [gal] (30).
p = 1,4.10 −4 ⋅ Vw
(A.47)
• Aerador por difusión
Para los sistemas de aeración por difusión se utiliza una única ecuación.
-
Caudal de aire necesario
El caudal de aire requerido Qa [scfm] viene dado por la expresión (30):
Qa = 96,62 ⋅
ma 100
⋅
12 % E
(A.48)
Donde %E se refiere al porcentaje de eficiencia del aerador (Tabla A.9), y ma es la masa de aire
requerida [lbO2/d].
Tabla A.9. Porcentaje de eficiencia de acuerdo al tipo de aerador (15).
-
Tipo de aerador
%E
Poroso
No poroso
12
8
Potencia requerida
La ecuación para el cálculo de la potencia es (30):
 P + 0,433 ⋅ D + 1,5  0, 283 

− 1
p = 6,6099.10 ⋅ Qa ⋅ (Ta + 460 ) ⋅  amb
Pamb − 0,2



−4
(A.49)
Donde Pamb es la presión atmosférica [psi], Ta es la temperatura del aire [°F], Qa es el caudal de
aire [scfm] y D es la profundidad del tanque [in].
90
A. 6. Sedimentador o Clarificador
Para el dimensionamiento del clarificador será necesario contar con la siguiente información:
•
Presión de operación, P;
•
Temperatura de operación, T;
•
Flujo de entrada (promedio), Qin av;
•
Flujo de entrada (pico), Qin p;
•
Concentración de sólidos suspendidos en la entrada, CS.
Por otra parte, también es importante establecer ciertos criterios de diseño requeridos durante
el procedimiento de cálculo:
•
Porcentaje de reciclo, %R
Se refiere al porcentaje del efluente clarificado que es recirculado nuevamente a la unidad. El
porcentaje varía entre 0 y 30%.
•
Tiempo de retención, tr
Implica el tiempo en el que un volumen determinado de afluente debe permanecer dentro del
tanque para su tratamiento. Normalmente este valor se obtiene de forma experimental de acuerdo
a las características que presente el afluente.
•
Razón de alimentación de sólidos (promedio), Rsav
Especifica la velocidad con que se alimentan los sólidos por unidad de superficie de clarificador
para el caso del caudal promedio de la planta. El valor debe oscilar entre 4 – 6 kg/h.m2 [0,8 – 1,2
lb/h.ft2] (31).
•
Razón de alimentación de sólidos (pico), Rsp
Especifica la velocidad con que se alimentan los sólidos por unidad de superficie de clarificador
para el caso del caudal pico de la planta. El valor recomendado es 10 kg/h.m2 [2 lb/h.ft2] (31).
91
•
Profundidad de la capa de lodo en el fondo del clarificador, Dlodo
Representa la profundidad del clarificador que estará ocupada por la capa de lodo formado por
los sólidos sedimentados. Este valor por lo general se encuentra en 0,6 – 0,9 m (32).
•
Relación Largo / Ancho, L/W
Esta relación es necesaria para el dimensionamiento del clarificador de sección rectangular. Su
valor debe estar ubicado en el rango 2 – 5 (29).
•
Relación Largo / Profundidad, L/D
Este valor se requiere en el caso de un clarificador de geometría rectangular. La relación
largo/profundidad debe estar comprendida entre 5 y 20 (29).
•
Número de unidades, Nrec o Ncir
Se refiere al número de unidades en las cuales se desea distribuir la carga total a tratar. Este
número debe ser asignado tanto para unidades con base de geometría rectangular como circular.
El diseño de este equipo es como se describe a continuación:
a.
Flujo másico de sólidos, mS
El flujo másico de sólidos que recibe el clarificador, tanto para caudal promedio como caudal
pico se calcula a través de la Ecuación 2.50. Tomando en cuenta que para el caso promedio, mS av
se utiliza como cauda de entrada Qin av, y para el caso de mS p se utiliza Qin p (31).
⋅C
m S = Qin ⋅ 1 + % R
100  S

b.
(A.50)
Área superficial total requerida, As
El área superficial total requerida depende del flujo másico de sólidos alimentados y la tasa de
alimentación de los mismos. Este valor debe ser calculado para condiciones de caudal promedio y
92
pico. El caso que dé como resultado un área mayor será el dominante y por lo tanto, ese será el
valor designado como área de diseño, As d (31).
A s = m S Rs
(A.51)
Al igual que en el caso anterior, es necesario sustituir los valores correspondientes a cada
condición de flujo, pico y promedio, para obtener los valores de área deseados y poder realizar la
comparación y obtener el área superficial de diseño.
Área superficial por clarificador, As’
c.
El área superficial que tendrá cada clarificador depende del número de unidades en las que se
haya decidido distribuir la carga de tratamiento. El cálculo es el mismo sin importar el tipo de
geometría (rectangular o circular) que se elija para el clarificador (31).
A s ' = As N
(A.52)
Donde N varía de acuerdo a si se trata de un clarificador de base rectangular, Nrec, o uno de base
circular, Ncir. Después de obtener el área por unidad, es importante verificar que la misma no sea
mayor a 18750 ft2 para el caso rectangular y 12272 ft2 para el caso circular. Estos valores de área
provienen de las dimensiones máximas para las cuales el desempeño del clarificador no se ve
afectado. En el caso del clarificador circular, el diámetro máximo es de 125 ft. En cuanto al
clarificador rectangular, el largo y el ancho máximo es de 250 ft y 75 ft, respectivamente (33).
d.
Dimensiones del clarificador
Las dimensiones finales de cada unidad dependen de la geometría escogida para las mismas.
• Clarificador rectangular
Este tipo de geometría queda definido al obtener el largo, ancho y profundidad. Para esto, se
consta de un sistema de tres ecuaciones con tres variables (29):
93
L
W
L
D
=J
=K
As = L ⋅W
(A.53a)
(A.53b)
(A.53c)
Debido a que J y K fueron preestablecidos en los criterios de diseño, el largo, ancho y
profundidad quedan definidos según:
L=
As ⋅ J
(A.54a)
W =L J
(A.54b)
D = (L K ) + Dlodo
(A.54c)
• Clarificador circular
Para este tipo de geometría es necesario definir el diámetro y la profundidad de acuerdo a las
siguientes ecuaciones (31) (32):
d=
D=
e.
4 ⋅ As '
π
(A.55)
Qin ⋅ t r
As
(A.56)
Tasa de desbordamiento superficial, HLR
La tasa de desbordamiento superficial se obtiene mediante la Ecuación A.57 (31). Por criterios de
diseño, este parámetro debe estar comprendido entre 200 y 1300 gal/d.ft2 (34).
94
HLR =
f.
Qin
As
(A.57)
Tasa de desbordamiento perimetral, WLR
Esta variable se puede calcular de acuerdo a la expresión presentada en la Ecuación A.58. Por
criterios de diseño, este parámetro debe estar comprendido entre 10000 y 30000 gal/d.ft (32).
WLR =
Qin
pe ⋅ N
(A.58)
Donde pe es el perímetro del clarificador. Para el caso del circular pe=d.π y para el caso del
rectangular pe = 2.W+2.L.
A.7. Cloración
Para el dimensionamiento del sistema de cloración será necesario contar con la siguiente
información:
•
Presión de operación, P;
•
Temperatura de operación, T;
•
Flujo de entrada (promedio), Qin av;
•
Flujo de entrada (pico), Qin p;
•
Dosis de cloro, Cc;
•
Concentración de cloro disponible en la solución a utilizar en la cloración, CCl.
Por otra parte, también es importante establecer ciertos criterios de diseño requeridos durante
el procedimiento de cálculo:
95
•
Tiempo de contacto o retención, tr
Tiempo que debe pasar el volumen a tratar dentro del tanque de cloración para lograr que el
cloro disponible en el efluente sea el deseado. Este valor se determina de forma experimental a
partir de análisis realizados al afluente tanto en condiciones de flujo promedio como en
condiciones de flujo pico.
•
Número de pantallas (baffles) dentro del tanque, NB
Las pantallas facilitan el contacto entre el fluido y el cloro, ya que proporcionan condiciones de
flujo turbulento que favorece el estado de mezcla completa. Su número varía de forma impar
entre 3 y 11.
•
Ancho del canal, WC
Se refiere al ancho del canal por donde circula el fluido, más no al ancho de la unidad.
•
Profundidad del agua, DW
Se refiere al nivel de líquido dentro del tanque.
•
Altura libre sobre el nivel del agua (Freeboard), HF
Se refiere a la distancia entre el nivel normal del líquido y el tope del tanque.
Para su dimensionamiento se tiene:
a. Volumen del tanque, V
El volumen del tanque se puede obtener de acuerdo a la Ecuación A.59, donde tanto el caudal
como el tiempo de retención deben ser sustituidos por los valores correspondientes a las
condiciones promedio y pico. Éste debe ser calculado para condiciones de flujo promedio y pico,
de manera de determinar cuál es la condición crítica y tomar dicho volumen como el volumen de
diseño (31).
V = Qin ⋅ t r
(A.59)
96
b. Relación Profundidad / Ancho, Dc/Wc
Este parámetro resultante del cociente de la profundidad con el ancho del canal debe ser menor
a uno (1) (31).
c. Área transversal del canal, At
El área transversal de cada canal viene dada por la expresión mostrada a continuación (31):
At = Wc ⋅ Dw
(A.60)
d. Longitud total del canal, Lc
La longitud total que tiene que recorrer el líquido para poder atravesar la unidad, es decir, la
longitud total del canal es según la Ecuación A.61 (31).
LC = V At
(A.61)
e. Longitud de cada paso, Ln
La longitud de cada paso depende del número seleccionado de pantallas, tal como se muestra a
continuación (31):
Ln = LC N B
(A.62)
f. Relación Largo / Ancho, L/Wc
Este parámetro resultante del cociente del largo con el ancho del canal debe estar entre 40 y 70
(31)
.
g. Dimensiones del tanque
En cuanto al largo del tanque, L, este será igual al largo de cada paso.
Para el caso de la profundidad, D, ésta será igual a la sumatoria de la contribución de la
profundidad del agua y del espacio libre dejado sobre el nivel de la misma (31).
97
D = Dw + H F
(A.63)
Por último, al ancho de la unidad, W, vendrá dado por el ancho de canal y el número de
pantallas (31).
W = Wc ⋅ N B
(A.64)
h. Consumo de cloro, mCl
El consumo de cloro varía de acuerdo al caudal alimentado a la unidad y a la dosis de cloro
suministrada. El mismo representado en forma de flujo másico se presenta en la Ecuación A.65
(31)
.
mCl = Qin ⋅ Cc
(A.65)
i. Caudal de cloro necesario, QCl
El caudal de solución de cloro requerido en la unidad depende del flujo másico de cloro
necesario y de a concentración de cloro en la solución inyectada (31).
QCl = mCl C Cl
(A.66)
APÉNDICE B
HOJAS DE CÁLCULO REALIZADAS PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE LOS
EQUIPOS
99
Figura B.1a. Hoja de cálculo de la Fosa de Acumulación Previa.
100
Figura B.1b. Hoja de cálculo de la Fosa de Acumulación Previa.
101
Figura B.1c. Hoja de cálculo de la Fosa de Acumulación Previa.
102
Figura B.2a. Hoja de cálculo del Separador API.
103
Figura B.2b. Hoja de cálculo del Separador API.
104
Figura B.2c. Hoja de cálculo del Separador API.
105
Figura B.3a. Hoja de cálculo del Separador CPI.
106
Figura B.3b. Hoja de cálculo del Separador CPI.
107
Figura B.3c. Hoja de cálculo del Separador CPI.
108
Figura B.4a. Hoja de cálculo del Sistema de Flotación por Aire Disuelto (DAF).
109
Figura B.4b. Hoja de cálculo del Sistema de Flotación por Aire Disuelto (DAF).
110
Figura B.4c. Hoja de cálculo del Sistema de Flotación por Aire Disuelto (DAF).
111
Figura B.4d. Hoja de cálculo del Sistema de Flotación por Aire Disuelto (DAF).
112
Figura B.4e. Hoja de cálculo del Sistema de Flotación por Aire Disuelto (DAF).
113
Figura B.5a. Hoja de cálculo del Sistema de Aeración.
114
Figura B.5b. Hoja de cálculo del Sistema de Aeración.
115
Figura B.5c. Hoja de cálculo del Sistema de Aeración.
116
Figura B.6a. Hoja de cálculo del Sistema de Clarificador.
117
Figura B.6b. Hoja de cálculo del Sistema de Clarificador.
118
Figura B.6c. Hoja de cálculo del Sistema de Clarificador.
119
Figura B.7a. Hoja de cálculo del Sistema de Cloración.
120
Figura B.7b. Hoja de cálculo del Sistema de Cloración.
121
Figura B.7c. Hoja de cálculo del Sistema de Cloración.
APÉNDICE C
HOJAS DE DATOS DE LOS EQUIPOS
123
Figura C.1a. Hoja de datos para Fosa de Acumulación Previa.
124
Figura C.1b. Hoja de datos del Fosa de Acumulación Previa.
125
Figura C.1c. Hoja de datos del Fosa de Acumulación Previa.
126
Figura C.2. Hoja de datos del Separador API.
127
Figura C.3. Hoja de datos del Separador CPI.
128
Figura C.4. Hoja de datos del Sistema DAF.
129
Figura C.5. Hoja de datos del Sistema de Aeración.
130
Figura C.6. Hoja de datos del Clarificador Circular.
131
Figura C.7. Hoja de datos del Clarificador Rectangular.
132
Figura C.8. Hoja de datos del Sistema de Cloración.
APÉNDICE D
LISTAS DE CHEQUEO
HOJA DE DATOS DE LA FOSA DE ACUMULACIÓN PREVIA
CODIGO: (INDICA CODIGO DE LA LISTA DE CHEQUEO)
PAGINA: 1 DE: 2
LISTA DE CHEQUEO
HOJA DE DATOS DE LA FOSA DE ACUMULACIÓN PREVIA
DOCUMENTO O PLANO Nº:
REVISIÓN:
DEPARTAMENTO O DISCIPLINA:
PROCESOS
PROYECTO Nº:
OFERTA:
ITEM
PUNTOS DE VERIFICACION
SI
1.
Presenta título, nombre y número del Proyecto, fecha de elaboración,
número del documento, estatus de revisión, nombre de los
diseñadores, revisor y aprobador.
2.
Presenta el número correcto de identificación del equipo (Tag
Number).
3.
Están el nombre y N° de identificación consistentes con la lista de
equipos, DFP y DTI'S.
4.
Están definidas la temperatura y presión de operación y diseño.
5.
Están definidas las propiedades del flujo de entrada a las condiciones
de operaciones de flujo normal, máximo y mínimo.
6.
Está definida la composición del flujo de entrada a la fosa
proveniente de la planta principal (caracterización de laboratorio).
7.
Está definido el flujo de agua de lluvia de entrada a la fosa y su
tiempo de acumulación.
8.
Está definida la capacidad volumétrica de la fosa.
9.
Está definido el material de construcción.
NO N/A
OBSERVACIONES:
NOTAS:
1. La Lista de Chequeo debe estar anexa al Plano o Documento verificado.
Revisión
0
Descripción
Elaborado
Revisado
Aprobado
A.Alvarez
C:\Documents and Settings\Ani\Mis documentos\Docs\PASANTIA\BOOK\Book\Listas de Chequeo\Lista de Chequeo - Fosa de Acumulación
Previa.doc
Fecha
HOJA DE DATOS DE LA FOSA DE ACUMULACIÓN PREVIA
CODIGO: (INDICA CODIGO DE LA LISTA DE CHEQUEO)
REVISIÓN: 0
PAGINA: 2 DE: 2
ITEM
PUNTOS DE VERIFICACION
SI
NO N/A
En el caso de modelos electrónicos, la Lista de Chequeo debe estar anexa al paquete de
comentarios de la revisión del modelo.
3. Para poder aprobar la Lista, deben estar verificados todos los ítems.
4. El documento se considera aprobado, cuando no existe ningún "no" en los puntos
verificados.
REVISADO POR:
APROBADO POR:
Nombre:
Nombre:
2.
Firma:
Fecha:
Firma:
Fecha:
C:\Documents and Settings\Ani\Mis documentos\Docs\PASANTIA\BOOK\Book\Listas de Chequeo\Lista de Chequeo - Fosa de Acumulación
Previa.doc
HOJA DE DATOS DE SEPARADOR API
CODIGO: (INDICA CODIGO DE LA LISTA DE CHEQUEO)
PAGINA: 1 DE: 2
LISTA DE CHEQUEO
HOJA DE DATOS DE SEPARADOR API
DOCUMENTO O PLANO Nº:
REVISIÓN:
DEPARTAMENTO O DISCIPLINA:
PROCESOS
PROYECTO Nº:
OFERTA:
ITEM
PUNTOS DE VERIFICACION
SI
1.
Presenta título, nombre y número del Proyecto, fecha de elaboración,
número del documento, estatus de revisión, nombre de los
diseñadores, revisor y aprobador.
2.
Presenta el número correcto de identificación del equipo (Tag
Number).
3.
Están el nombre y N° de identificación consistentes con la lista de
equipos, DFP y DTI'S.
4.
Están definidas la temperatura y presión de operación y diseño.
5.
Están definidas las propiedades del flujo de entrada a las condiciones
de operaciones de flujo normal, máximo y mínimo.
6.
Está definida la composición del flujo de entrada al separador
(caracterización de laboratorio).
7.
Está definida la concentración de aceite en el flujo de entrada y
salida del separador.
8.
Está definida la capacidad volumétrica del separador.
9.
Está definido el número de canales en el separador y sus
dimensiones.
10.
Está definido el material de construcción.
NO N/A
OBSERVACIONES:
Revisión
Descripción
0
F:\PASANTIA\BOOK\Book\listas-libro\Lista de Chequeo - API.doc
Elaborado
A.Alvarez
Revisado
Aprobado
Fecha
HOJA DE DATOS DE SEPARADOR API
CODIGO: (INDICA CODIGO DE LA LISTA DE CHEQUEO)
REVISIÓN: 0
PAGINA: 2 DE: 2
ITEM
PUNTOS DE VERIFICACION
SI
NO N/A
NOTAS:
1. La Lista de Chequeo debe estar anexa al Plano o Documento verificado.
2. En el caso de modelos electrónicos, la Lista de Chequeo debe estar anexa al paquete de
comentarios de la revisión del modelo.
3. Para poder aprobar la Lista, deben estar verificados todos los ítems.
4. El documento se considera aprobado, cuando no existe ningún "no" en los puntos
verificados.
REVISADO POR:
APROBADO POR:
Nombre:
Nombre:
Firma:
Fecha:
F:\PASANTIA\BOOK\Book\listas-libro\Lista de Chequeo - API.doc
Firma:
Fecha:
HOJA DE DATOS DE SEPARADOR CPI
CODIGO: (INDICA CODIGO DE LA LISTA DE CHEQUEO)
PAGINA: 1 DE: 2
LISTA DE CHEQUEO
HOJA DE DATOS DE SEPARADOR CPI
DOCUMENTO O PLANO Nº:
REVISIÓN:
DEPARTAMENTO O DISCIPLINA:
PROCESOS
PROYECTO Nº:
OFERTA:
ITEM
PUNTOS DE VERIFICACION
1.
Presenta título, nombre y número del Proyecto, fecha de elaboración,
número del documento, estatus de revisión, nombre de los
diseñadores, revisor y aprobador.
2.
Presenta el número correcto de identificación del equipo (Tag
Number).
3.
Están el nombre y N° de identificación consistentes con la lista de
equipos, DFP y DTI'S.
4.
Están definidas la temperatura y presión de operación y diseño.
5.
Están definidas las propiedades del flujo de entrada a las condiciones
de operaciones de flujo normal, máximo y mínimo.
6.
Está definida la composición del flujo de entrada al separador
(caracterización de laboratorio).
7.
Está definida la concentración de aceite en el flujo de entrada y
salida del separador CPI.
8.
Está definida la capacidad volumétrica del separador CPI.
9.
Están definidos el largo y el área superficial del separador CPI.
10.
Están definidos el número de placas, su ancho, largo, espesor,
ángulo de inclinación con respecto a la horizontal y distancia de
separación entre las mimas.
11.
Está definido el material de construcción.
Revisión
0
Descripción
Elaborado
SI
Revisado
Aprobado
A.Alvarez
C:\Documents and Settings\Ani\Mis documentos\Docs\PASANTIA\BOOK\Book\Listas de Chequeo\Lista de Chequeo - CPI.doc
NO N/A
Fecha
HOJA DE DATOS DE SEPARADOR CPI
CODIGO: (INDICA CODIGO DE LA LISTA DE CHEQUEO)
REVISIÓN: 0
PAGINA: 2 DE: 2
ITEM
PUNTOS DE VERIFICACION
SI
NO N/A
OBSERVACIONES:
NOTAS:
1. La Lista de Chequeo debe estar anexa al Plano o Documento verificado.
2. En el caso de modelos electrónicos, la Lista de Chequeo debe estar anexa al paquete de
comentarios de la revisión del modelo.
3. Para poder aprobar la Lista, deben estar verificados todos los ítems.
4. El documento se considera aprobado, cuando no existe ningún "no" en los puntos
verificados.
REVISADO POR:
APROBADO POR:
Nombre:
Nombre:
Firma:
Fecha:
Firma:
Fecha:
C:\Documents and Settings\Ani\Mis documentos\Docs\PASANTIA\BOOK\Book\Listas de Chequeo\Lista de Chequeo - CPI.doc
HOJA DE DATOS DEL SISTEMA DAF
CODIGO: (INDICA CODIGO DE LA LISTA DE CHEQUEO)
PAGINA: 1 DE: 2
LISTA DE CHEQUEO
HOJA DE DATOS DEL SISTEMA DAF
DOCUMENTO O PLANO Nº:
REVISIÓN:
DEPARTAMENTO O DISCIPLINA:
PROCESOS
PROYECTO Nº:
OFERTA:
ITEM
PUNTOS DE VERIFICACION
1.
Presenta título, nombre y número del Proyecto, fecha de elaboración,
número del documento, estatus de revisión, nombre de los
diseñadores, revisor y aprobador.
2.
Presenta el número correcto de identificación del equipo (Tag
Number).
3.
Están el nombre y N° de identificación consistentes con la lista de
equipos, DFP y DTI'S.
4.
Están definidas la temperatura y presión de operación y diseño.
5.
Están definidas las propiedades del flujo de entrada a las condiciones
de operaciones de flujo normal, máximo y mínimo.
6.
Está definida la composición del flujo de entrada al sistema DAF
(caracterización de laboratorio).
7.
Está definido el flujo de lodo producido.
8.
Está definido el flujo de desnatado producido.
9.
Está definido el flujo de efluente clarificado producido.
10.
Está definido el porcentaje de reciclo en el sistema DAF.
11.
Está definida la concentración de sólidos suspendidos y de aceite en
el flujo de salida del sistema DAF.
12.
Está definida la dosis de coagulante requerida.
13.
Está definida la capacidad volumétrica, el tiempo de retención y la
presión manométrica de la etapa de presurización.
14.
Está definida la capacidad volumétrica, el tiempo de retención, el
Revisión
0
Descripción
Elaborado
SI
Revisado
Aprobado
A.Alvarez
C:\Documents and Settings\Ani\Mis documentos\Docs\PASANTIA\BOOK\Book\Listas de Chequeo\Lista de Chequeo - Sistema DAF.doc
NO N/A
Fecha
HOJA DE DATOS DEL SISTEMA DAF
CODIGO: (INDICA CODIGO DE LA LISTA DE CHEQUEO)
REVISIÓN:0
PAGINA: 2 DE: 2
ITEM
PUNTOS DE VERIFICACION
SI
NO N/A
área superficial y la profundidad del tanque de flotación.
15.
Está definida la capacidad volumétrica y el tiempo de retención de la
etapa de floculación.
16.
Está definido el material de construcción.
OBSERVACIONES:
NOTAS:
1. La Lista de Chequeo debe estar anexa al Plano o Documento verificado.
2. En el caso de modelos electrónicos, la Lista de Chequeo debe estar anexa al paquete de
comentarios de la revisión del modelo.
3. Para poder aprobar la Lista, deben estar verificados todos los ítems.
4. El documento se considera aprobado, cuando no existe ningún "no" en los puntos
verificados.
REVISADO POR:
APROBADO POR:
Nombre:
Nombre:
Firma:
Fecha:
Firma:
Fecha:
C:\Documents and Settings\Ani\Mis documentos\Docs\PASANTIA\BOOK\Book\Listas de Chequeo\Lista de Chequeo - Sistema DAF.doc
HOJA DE DATOS DEL SISTEMA DE AERACIÓN
CODIGO: (INDICA CODIGO DE LA LISTA DE CHEQUEO)
PAGINA: 1 DE: 2
LISTA DE CHEQUEO
HOJA DE DATOS DEL SISTEMA DE AERACIÓN
DOCUMENTO O PLANO Nº:
REVISIÓN:
DEPARTAMENTO O DISCIPLINA:
PROCESOS
PROYECTO Nº:
OFERTA:
ITEM
PUNTOS DE VERIFICACION
1.
Presenta título, nombre y número del Proyecto, fecha de elaboración,
número del documento, estatus de revisión, nombre de los
diseñadores, revisor y aprobador.
2.
Presenta el número correcto de identificación del equipo (Tag
Number).
3.
Están el nombre y N° de identificación consistentes con la lista de
equipos, DFP y DTI'S.
4.
Están definidas la temperatura y presión de operación y diseño.
5.
Están definidas las propiedades del flujo de entrada a las condiciones
de operaciones de flujo normal, máximo y mínimo.
6.
Está definida la composición del flujo de entrada al sistema de
aeración (caracterización de laboratorio).
7.
Está definido el flujo de aire requerido, su temperatura y el porcentaje
de exceso de oxígeno utilizado.
8.
Está definida la concentración de DBO en el flujo de salida del
sistema de aeración.
9.
Está definida la capacidad volumétrica, el tiempo de retención, el
largo, el ancho y la profundidad de la cámara de aeración.
10.
Está definido el tipo de aerador a utilizar.
11.
Está definido el material de construcción.
Revisión
0
Descripción
Elaborado
SI
Revisado
Aprobado
NO N/A
Fecha
A.Alvarez
C:\Documents and Settings\Ani\Mis documentos\Docs\PASANTIA\BOOK\Book\Listas de Chequeo\Lista de Chequeo - Sistema de Aeracion.doc
HOJA DE DATOS DEL SISTEMA DE AERACIÓN
CODIGO: (INDICA CODIGO DE LA LISTA DE CHEQUEO)
REVISIÓN: 0
PAGINA: 2 DE: 2
ITEM
PUNTOS DE VERIFICACION
SI
NO N/A
OBSERVACIONES:
NOTAS:
1. La Lista de Chequeo debe estar anexa al Plano o Documento verificado.
2. En el caso de modelos electrónicos, la Lista de Chequeo debe estar anexa al paquete de
comentarios de la revisión del modelo.
3. Para poder aprobar la Lista, deben estar verificados todos los ítems.
4. El documento se considera aprobado, cuando no existe ningún "no" en los puntos
verificados.
REVISADO POR:
APROBADO POR:
Nombre:
Nombre:
Firma:
Fecha:
Firma:
Fecha:
C:\Documents and Settings\Ani\Mis documentos\Docs\PASANTIA\BOOK\Book\Listas de Chequeo\Lista de Chequeo - Sistema de Aeracion.doc
HOJA DE DATOS DEL CLARIFICADOR CIRCULAR
CODIGO: (INDICA CODIGO DE LA LISTA DE CHEQUEO)
PAGINA: 1 DE: 2
LISTA DE CHEQUEO
HOJA DE DATOS DEL CLARIFICADOR CIRCULAR
DOCUMENTO O PLANO Nº:
REVISIÓN:
DEPARTAMENTO O DISCIPLINA:
PROCESOS
PROYECTO Nº:
OFERTA:
ITEM
PUNTOS DE VERIFICACION
1.
Presenta título, nombre y número del Proyecto, fecha de elaboración,
número del documento, estatus de revisión, nombre de los
diseñadores, revisor y aprobador.
2.
Presenta el número correcto de identificación del equipo (Tag
Number).
3.
Están el nombre y N° de identificación consistentes con la lista de
equipos, DFP y DTI'S.
4.
Están definidas la temperatura y presión de operación y diseño.
5.
Están definidas las propiedades del flujo de entrada a las condiciones
de operaciones de flujo normal, máximo y mínimo.
6.
Está definida la composición del flujo de entrada al clarificador
(caracterización de laboratorio).
7.
Está definido el flujo másico de sólidos de entrada al clarificador y su
granulometría.
8.
Está definida la concentración de sólidos en los flujos de entrada y
salida del clarificador.
9.
Está definido el porcentaje de reciclo.
10.
Está definida la tasa de desbordamiento superficial.
11.
Está definida la tasa de desbordamiento perimetral.
12.
Está definida la capacidad volumétrica y el tiempo de retención del
clarificador.
13.
Están definidos el área superficial y el diámetro del clarificador.
Revisión
0
Descripción
Elaborado
SI
Revisado
NO N/A
Aprobado
A.Alvarez
C:\Documents and Settings\Ani\Mis documentos\Docs\PASANTIA\BOOK\Book\Listas de Chequeo\Lista de Chequeo - Clarificador Circular.doc
Fecha
HOJA DE DATOS DEL CLARIFICADOR CIRCULAR
CODIGO: (INDICA CODIGO DE LA LISTA DE CHEQUEO)
REVISIÓN:0
PAGINA: 2 DE: 2
ITEM
PUNTOS DE VERIFICACION
SI
14.
Está definida la profundidad tanto del agua como de la capa de lodo
dentro del clarificador.
15.
Está definido el material de construcción.
NO N/A
OBSERVACIONES:
NOTAS:
1. La Lista de Chequeo debe estar anexa al Plano o Documento verificado.
2. En el caso de modelos electrónicos, la Lista de Chequeo debe estar anexa al paquete de
comentarios de la revisión del modelo.
3. Para poder aprobar la Lista, deben estar verificados todos los ítems.
4. El documento se considera aprobado, cuando no existe ningún "no" en los puntos
verificados.
REVISADO POR:
APROBADO POR:
Nombre:
Nombre:
Firma:
Fecha:
Firma:
Fecha:
C:\Documents and Settings\Ani\Mis documentos\Docs\PASANTIA\BOOK\Book\Listas de Chequeo\Lista de Chequeo - Clarificador Circular.doc
HOJA DE DATOS DEL CLARIFICADOR RECTANGULAR
CODIGO: (INDICA CODIGO DE LA LISTA DE CHEQUEO)
PAGINA: 1 DE: 2
LISTA DE CHEQUEO
HOJA DE DATOS DEL CLARIFICADOR RECTANGULAR
DOCUMENTO O PLANO Nº:
REVISIÓN:
DEPARTAMENTO O DISCIPLINA:
PROCESOS
PROYECTO Nº:
OFERTA:
ITEM
PUNTOS DE VERIFICACION
1.
Presenta título, nombre y número del Proyecto, fecha de elaboración,
número del documento, estatus de revisión, nombre de los
diseñadores, revisor y aprobador.
2.
Presenta el número correcto de identificación del equipo (Tag
Number).
3.
Están el nombre y N° de identificación consistentes con la lista de
equipos, DFP y DTI'S.
4.
Están definidas la temperatura y presión de operación y diseño.
5.
Están definidas las propiedades del flujo de entrada a las condiciones
de operaciones de flujo normal, máximo y mínimo.
6.
Está definida la composición del flujo de entrada al clarificador
(caracterización de laboratorio).
7.
Está definido el flujo másico de sólidos de entrada al clarificador y su
granulometría.
8.
Está definida la concentración de sólidos en los flujos de entrada y
salida del clarificador.
9.
Está definido el porcentaje de reciclo.
10.
Está definida la tasa de desbordamiento superficial.
11.
Está definida la tasa de desbordamiento perimetral.
12.
Está definida la capacidad volumétrica y el tiempo de retención del
clarificador.
13.
Están definidos el área superficial, largo y ancho del clarificador.
Revisión
0
Descripción
Elaborado
SI
Revisado
Aprobado
NO N/A
Fecha
A.Alvarez
C:\Documents and Settings\Ani\Mis documentos\Docs\PASANTIA\BOOK\Book\Listas de Chequeo\Lista de Chequeo - Clarificador Rectangular.doc
HOJA DE DATOS DEL CLARIFICADOR RECTANGULAR
CODIGO: (INDICA CODIGO DE LA LISTA DE CHEQUEO)
REVISIÓN: 0
PAGINA: 2 DE: 2
ITEM
PUNTOS DE VERIFICACION
SI
14.
Está definida la profundidad tanto del agua como de la capa de lodo
dentro del clarificador.
15.
Está definido el material de construcción.
NO N/A
OBSERVACIONES:
NOTAS:
1. La Lista de Chequeo debe estar anexa al Plano o Documento verificado.
2. En el caso de modelos electrónicos, la Lista de Chequeo debe estar anexa al paquete de
comentarios de la revisión del modelo.
3. Para poder aprobar la Lista, deben estar verificados todos los ítems.
4. El documento se considera aprobado, cuando no existe ningún "no" en los puntos
verificados.
REVISADO POR:
APROBADO POR:
Nombre:
Nombre:
Firma:
Fecha:
Firma:
Fecha:
C:\Documents and Settings\Ani\Mis documentos\Docs\PASANTIA\BOOK\Book\Listas de Chequeo\Lista de Chequeo - Clarificador Rectangular.doc
HOJA DE DATOS DE LA CÁMARA DE CLORACIÓN
CODIGO: (INDICA CODIGO DE LA LISTA DE CHEQUEO)
PAGINA: 1 DE: 2
LISTA DE CHEQUEO
HOJA DE DATOS DE LA CÁMARA DE CLORACIÓN
DOCUMENTO O PLANO Nº:
REVISIÓN:
DEPARTAMENTO O DISCIPLINA:
PROCESOS
PROYECTO Nº:
OFERTA:
ITEM
PUNTOS DE VERIFICACION
1.
Presenta título, nombre y número del Proyecto, fecha de elaboración,
número del documento, estatus de revisión, nombre de los
diseñadores, revisor y aprobador.
2.
Presenta el número correcto de identificación del equipo (Tag
Number).
3.
Están el nombre y N° de identificación consistentes con la lista de
equipos, DFP y DTI'S.
4.
Están definidas la temperatura y presión de operación y diseño.
5.
Están definidas las propiedades del flujo de entrada a las condiciones
de operaciones de flujo normal, máximo y mínimo.
6.
Está definida la composición del flujo de entrada a la cámara de
cloración (caracterización de laboratorio).
7.
Está definido el tipo de solución de cloro utilizada y la concentración
de cloro en la misma.
8.
Está definida la dosis de cloro a utilizar.
9.
Está definida la concentración de cloro residual disponible en el flujo
de salida de la cámara de cloración y el tiempo de contacto para
lograr la misma.
10.
Están definidos la capacidad volumétrica, el ancho, largo,
profundidad, número de pantallas y altura de borde libre de la cámara
de cloración.
11.
Están definidos el área transversal, el ancho, largo y profundidad del
canal dentro de la cámara de cloración.
15.
Está definido el material de construcción.
Revisión
0
Descripción
Elaborado
A.Alvarez
F:\PASANTIA\BOOK\Book\listas-libro\Lista de Chequeo - Cámara de Cloración.doc
SI
Revisado
Aprobado
NO N/A
Fecha
HOJA DE DATOS DE LA CÁMARA DE CLORACIÓN
CODIGO: (INDICA CODIGO DE LA LISTA DE CHEQUEO)
REVISIÓN: 0
PAGINA: 2 DE: 2
ITEM
PUNTOS DE VERIFICACION
SI
NO N/A
OBSERVACIONES:
NOTAS:
1. La Lista de Chequeo debe estar anexa al Plano o Documento verificado.
2. En el caso de modelos electrónicos, la Lista de Chequeo debe estar anexa al paquete de
comentarios de la revisión del modelo.
3. Para poder aprobar la Lista, deben estar verificados todos los ítems.
4. El documento se considera aprobado, cuando no existe ningún "no" en los puntos
verificados.
REVISADO POR:
APROBADO POR:
Nombre:
Nombre:
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Fecha:
Firma:
F:\PASANTIA\BOOK\Book\listas-libro\Lista de Chequeo - Cámara de Cloración.doc
Fecha:
APÉNDICE E
PROCEDIMIENTO DE DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMEINTO DE
EFLUENTES INDUSTRIALES
PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE
EFLUENTES INDUSTRIALES
CÓDIGO DE DOCUMENTO
1.
OBJETIVO
Establecer los lineamientos generales para el diseño de una planta de tratamiento de
efluentes industriales, para ser utilizados en los proyectos ejecutados por Empresas
Y&V.
2.
ALCANCE
Este procedimiento comprende los aspectos necesarios para el diseño de una planta
de tratamiento de efluentes industriales, partiendo desde la caracterización del
afluente a tratar y culminando en el dimensionamiento de los equipos necesarios en el
tren de tratamiento seleccionado.
Rev.
A
Descripción
Elaborado
Revisado
A. Alvarez
C.T.S / L.M
Aprobado
Fecha
31/08/09
PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO
DE EFLUENTES INDUSTRIALES
CÓDIGO: xxxxxxxxxxxxxx
REVISIÓN.: B
PÁGINA: 2 OF: 95
3.
INTRODUCCIÓN
Las aguas residuales son aquellas vertientes provenientes de procesos postindustriales; es decir, aquellas aguas que han sido utilizadas en los diferentes
sistemas de fabricación, producción o manejo industrial y que para ser desechadas
necesitan ser tratadas previamente, de manera tal que puedan ser adecuadas para su
ubicación en las respectivas redes de vertido, depuradoras o sistemas naturales, tales
como lagos, ríos, embalses, etc.
Las impurezas se encuentran en el agua como materia en suspensión, como materia
coloidal, o como materia en solución. Mientras que la materia en suspensión siempre
se separa por medio mecánico, con intervención o no de la gravedad, la materia
coloidal requiere un tratamiento fisicoquímico preliminar y la materia en solución
puede tratarse en el propio estado molecular o iónico o precipitarse para separarse
utilizando procesos semejantes a los empleados para la separación de los sólidos
inicialmente en suspensión. A esto se le denomina tratamiento de las aguas.
Cuando se habla de aplicaciones de procesos biológicos, se hace referencia casi
exclusiva a los tratamientos de aguas residuales, donde se busca como objetivo
principal eliminar los componentes definidos como contaminantes, molestos o con
efectos nocivos para el ambiente, de manera tal que se pueda ajustar la calidad del
agua a las especificaciones legales existentes. La mejor forma de tratar las aguas
residuales dependerá de una serie de factores característicos, tales como: el caudal,
la composición, las concentraciones, la calidad requerida o esperada del efluente, las
posibilidades de reutilización de la misma, las posibilidades y tasas de vertido, etc. El
proceso de tratamiento de efluentes, en general, puede ser dividido en cuatro pasos o
categorías:
a. Tratamiento preliminar: involucra las unidades de procesos que se encargan de
eliminar algunas características indeseables del afluente recolectado por la red de
drenajes. Los procesos incluyen el uso de barras y rejillas para remover partículas
de gran tamaño, trituradores que pulverizan sólidos gruesos y, en ocasiones,
remoción de aceite libre.
b. Tratamiento primario: se basa en la remoción de los sólidos sedimentables antes
del tratamiento biológico. Por lo general se utilizan tanques de sedimentación
como equipo principal, sin embargo, también pueden utilizarse equipos auxiliares
de flotación y/o floculación, entre otros.
c. Tratamiento secundario: involucra la purificación del afluente básicamente por
descomposición de la materia orgánica suspendida y disuelta por parte de la
acción microbiana. Numerosas unidades de tratamiento biológico se encuentran
disponibles, pero la mayoría se pueden clasificar como lodos activados, lagunas
biológicas y filtración biológica.
d. Tratamiento terciario: comprende una larga lista de procesos, en su mayoría
físicos o químicos, que siguen al tratamiento secundario. Su función suele estar
dirigida a la remoción específica de alguna característica desfavorable en especial.
PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO
DE EFLUENTES INDUSTRIALES
CÓDIGO: xxxxxxxxxxxxxx
REVISIÓN.: B
PÁGINA: 3 OF: 95
4.
DEFINICIONES
Coagulante: es un compuesto químico que inestabiliza la materia suspendida en
forma coloidal, a través de la alteración de la capa iónica cargada eléctricamente que
rodea a las partículas coloidales. Coagulantes típicos son las sales de hierro y
aluminio.
Demanda Biológica de Oxígeno: es una medida de la cantidad de oxígeno que se
requiere para oxidar la materia orgánica por estabilización biológica.
Demanda Química de Oxígeno: es una medida del oxígeno equivalente al contenido
de materia orgánica de una muestra que es susceptible a la oxidación por parte de un
fuerte oxidante químico.
Floculante: sustancia química que permite la aglomeración de las partículas
pequeñas para formar flóculos, los cuales crecen y se convierten en partículas sólidas
de mayor tamaño que sedimentan por acción de la gravedad.
Flujo máximo diario: es el mayor volumen de flujo a ser recibido en un período de 24
horas. Es empleado en los cálculos del tiempo de retención en tanques de igualación
y en sistemas de cloración.
Flujo máximo de diseño: es el máximo flujo instantáneo a ser recibido.
Flujo máximo por hora: corresponde al máximo volumen recibido en 1 hora, basado
en los datos anuales. Es usado para diseñar sistemas de recolección y drenajes,
estaciones de bombeo, tanques de sedimentación, tanques de cloración y tuberías.
Flujo mínimo diario: es el menor volumen de flujo recibido durante 24 horas. Es
importante en el dimensionamiento de conductos donde los sólidos se puedan
depositar a bajas velocidades de flujo.
Flujo mínimo por hora: corresponde al mínimo volumen recibido en 1 hora, basado
en los datos anuales. Es importante para el dimensionamiento de los sistemas de
bombeo e inyección de químicos.
Flujo pico por hora: es comúnmente asumido como 3 veces el flujo promedio diario.
Flujo promedio de diseño: es el promedio de los volúmenes diarios a ser recibidos
durante un período continuo de 12 meses. Puede ser utilizado para estimar los costos
de bombeo y aditivos químicos, la generación de lodos y las tasas de alimentación de
materia orgánica.
Sólido sedimentable: se refiere a cualquier sólido que pueda ser extraído por efecto
de la acción de la gravedad en un intervalo de tiempo definido. Puede incluir materia
flotante, dependiendo de la técnica o tratamiento.
PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO
DE EFLUENTES INDUSTRIALES
CÓDIGO: xxxxxxxxxxxxxx
REVISIÓN.: B
PÁGINA: 4 OF: 95
Sólidos totales: comprenden la materia suspendida y disuelta en el efluente. Los
mismos son clasificados en fijos y volátiles, de acuerdo a la técnica de laboratorio que
se utilice para identificarlo.
5.
PROCEDIMIENTO
5.1.
INFORMACIÓN REQUERIDA
Esta sección involucra toda la información que debe ser suministrada por el
cliente y complementada por la empresa para poder realizar el diseño de la
planta de tratamiento de efluentes.
5.1.1. VOLUMEN PRODUCIDO DEL EFLUENTE
En cuanto al caudal del efluente, es necesario conocer el flujo diario promedio,
el flujo máximo y mínimo diario, el flujo máximo y mínimo por hora, y el flujo
pico de diseño, ya que los mismos son usados como base para el diseño de
drenajes, tuberías, unidades de tratamiento y otras unidades de manejo de
desechos.
Además del caudal de efluente que se desea tratar, también es necesario
conocer la frecuencia de producción del mismo, es decir, si se produce
durante las 24 horas del día o sólo durante ciertas horas, si la planta que
produce el efluente opera los 7 días de la semana, etc.
Por último, es importante conocer si todas las aguas residuales provenientes
de la planta llegan como un efluente único a la planta de tratamiento, o si
existe segregación en el sistema de drenaje y recolección. Esta información es
importante porque permite diseñar una planta de tratamiento más eficiente y
da la posibilidad de usar equipos de menor tamaño, ya que puede haber
efluentes cuyo nivel de contaminantes sea menor y no requieran todos los
tratamientos que se incluyen en el diseño.
5.1.2. CARACTERIZACIÓN DEL EFLUENTE
El entendimiento de las características físicas, químicas y biológicas del
efluente es importante para el diseño, operación, sistema de recolección,
tratamiento y disposición del efluente. La naturaleza de estas características
depende del tipo de industria, las condiciones de proceso y el clima.
• Propiedades físicas
Las características físicas más importantes del agua residual son la
temperatura y la concentración de sólidos. La temperatura afecta
reacciones químicas y la actividad biológica, mientras que los sólidos,
PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO
DE EFLUENTES INDUSTRIALES
CÓDIGO: xxxxxxxxxxxxxx
REVISIÓN.: B
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como los sólidos suspendidos totales (SST), los sólidos suspendidos
volátiles (SSV) y los sólidos sedimentables, afectan la operación y el
dimensionamiento de las unidades de tratamiento.
La determinación de la porción volátil de los sólidos se realiza a través de
ensayos de laboratorio. Este valor sirve para estimar la cantidad de
materia orgánica presente en el efluente. Sin embargo, no proporciona
una distinción clara entre materia orgánica e inorgánica, ya que durante
las pruebas para su determinación se obtienen pérdidas de material
inorgánico por descomposición y/o volatilización de sales minerales.
• Propiedades químicas
Los sólidos disueltos y suspendidos en el efluente contienen materia tanto
orgánica como inorgánica. La materia orgánica incluye carbohidratos,
grasas, aceites, surfactantes, proteínas, compuestos orgánicos volátiles, y
otras sustancias químicas tóxicas usadas en los procesos industriales.
Las sustancias inorgánicas pueden incluir metales pesados, nutrientes
(nitrógeno y fósforo), pH, alcalinidad, cloruros y sulfuros, entre otros.
Gases como dióxido de carbono, oxígeno, nitrógeno, sulfuro de hidrógeno
y metano pueden también estar presentes en el efluente.
El contenido orgánico en el efluente se mide usualmente en términos de la
demanda biológica de oxígeno (DBO), la demanda química de oxígeno
(DQO) y el carbono orgánico total (COT).
• Propiedades biológicas
Los principales grupos de microorganismos presentes en las aguas
residuales son: bacterias, hongos, protozoarios, plantas y animales
microscópicos y virus. La mayoría de los microorganismos son
responsables y beneficiosos en los procesos de tratamiento biológico. Sin
embargo, es importante determinar la presencia de algunos virus y
bacterias y hongos patógenos que son de interés para la salud pública.
En resumen, entre los documentos que el cliente debe proporcionar tienen que
estar incluidos los análisis de laboratorio correspondientes al efluente, los
cuales deben indicar las concentraciones de los siguientes parámetros:
TABLA 5.1.1. PARÁMETROS QUE DEBE INCLUIR LA CARACTERIZACIÓN DEL
EFLUENTE ENTREGADA POR EL CLIENTE.
DBO
DQO
pH
Temperatura
Turbidez
Selenio
Mercurio
Parámetros
Organismos Coliformes
Grasas, Aceites e Hidrocarburos
Metales (Pb, Zn, Fe, Cr,Cu, Pt, Hg, Al)
Nitrógeno, Nitritos y Nitratos
Sólidos Sedimentables
Sólidos Suspendidos
Sólidos Disueltos
Fuente: Elaboración propia.
Amoníaco
Cianuros
Cloruros
Fenoles
Fluoruros
Fósforo
Sulfuros
PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO
DE EFLUENTES INDUSTRIALES
CÓDIGO: xxxxxxxxxxxxxx
REVISIÓN.: B
PÁGINA: 6 OF: 95
5.1.3. LOCALIZACIÓN DE LA PLANTA
Otro parámetro importante para el diseño es la ubicación física de la planta de
tratamiento de efluentes. La información sobre la localización de la planta debe
incluir área física disponible para construcción, distancia a la que se encuentra
dicha ubicación con respecto a la planta productora del efluente a tratar, vías
de acceso a la zona y servicios disponibles (electricidad, agua potable,
colector de aguas negras, gas, etc.).
5.1.4. CARACTERÍSTICAS AMBIENTALES DE LA REGIÓN
Entre las características ambientales que se requerirán están:
•
Precipitación: se debe especificar la pluviosidad anual promedio y
máxima, así como su distribución mensual.
•
Temperatura: se debe especificar la variación mensual de la temperatura
promedio, máxima y mínima de la región.
•
Humedad Relativa: se especifica en forma de porcentaje. Se debe incluir
el valor promedio y máximo durante el año.
•
Vientos: se debe especificar la dirección y velocidad máxima, mínima y
promedio de los mismos.
5.1.5. SUELO
Entre los documentos consignados se debe incluir el plano de relieve de la
región e información sobre los tipos de suelo que la conforman (arcilloso,
arenoso, con grava, etc.). También se debe incluir el uso actual de dichos
suelos, su pH y su capacidad de retención de humedad.
5.1.6. HIDROGRAFÍA
Como se trata de una planta de tratamiento de efluentes, es de suma
importancia conocer la hidrografía de la región (lagos, lagunas, ríos, acceso al
mar, fuentes subterráneas, etc.) para poder determinar cuál es la mejor opción
para hacer la descarga del efluente una vez tratado. La información
recolectada debe incluir calidad de los cuerpos de agua (superficial y
subterránea) de la zona, capacidad de amortiguación y biodegradación; y para
el caso de los ríos: su longitud y caudal promedio anual.
PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO
DE EFLUENTES INDUSTRIALES
CÓDIGO: xxxxxxxxxxxxxx
REVISIÓN.: B
PÁGINA: 7 OF: 95
5.2.
ELABORACIÓN DE LAS BASES Y CRITERIOS DE DISEÑO
El documento “Bases de Diseño del Proyecto” agrupa las premisas,
conceptos, alcances, requerimientos operacionales, especificaciones, normas
a aplicar e información básica que se considera necesaria para completar el
proyecto a satisfacción del cliente. El contenido de este documento debe estar
en línea con lo indicado en el contrato del proyecto y, dependiendo de los
requerimientos específicos del cliente, puede ser un documento
interdisciplinario.
Por otro lado, “Criterios de Diseño de Procesos” es un documento que agrupa
normas, códigos y manuales, así como herramientas específicas consideradas
necesarias para validar el diseño del proyecto.
Este documento junto con las “Bases de Diseño del Proyecto” da inicio a las
actividades de la disciplina de Procesos en la ejecución de la ingeniería de un
proyecto, de modo que es recomendable que ningún documento de Procesos
se emita si las “Bases de Diseño del Proyecto” y los “Criterios de Diseño de
Procesos” no se han definidos en su totalidad.
Para la elaboración de ambos documentos, Empresas Y&V cuenta con los
procedimientos C-PC-02P “Bases de Diseño del Proyecto” y C-PC-23P
“Criterios de Diseño de Procesos”.
5.3.
REVISIÓN DE LEYES, DECRETOS Y NORMAS
Los procesos para el tratamiento de efluentes difieren en su efectividad para
reducir la concentración de los parámetros de importancia (DBO, DQO, sólidos
suspendidos, etc.), razón por la cual son las leyes y estándares para la
descarga de efluentes los que determinan si cierta combinación de procesos
provee un nivel de tratamiento aceptable o no. Por esta razón, antes de
empezar el diseño, se deben identificar las leyes, códigos y normas aplicables
al proyecto; las cuales, luego, deben ser incluidas dentro del documento
“Criterios de diseño del proyecto”.
A continuación se enumeran aquellos que están relacionados con el diseño de
una planta de tratamiento de efluentes industriales.
5.3.1. LEYES APLICABLES
La legislación ambiental venezolana está conformada por una serie de leyes y
decretos que regulan las actividades susceptibles de degradar el ambiente. A
continuación se indica la normativa ambiental que es aplicable para este tipo
de proyectos.
PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO
DE EFLUENTES INDUSTRIALES
CÓDIGO: xxxxxxxxxxxxxx
REVISIÓN.: B
PÁGINA: 8 OF: 95
−
Constitución de la República Bolivariana de Venezuela, publicada en la
Gaceta Oficial Nº 5.453 (Extraordinaria) de fecha 24 de Marzo de 2.000.
−
Ley Orgánica del Ambiente, publicada en la Gaceta Oficial Nº 5.833
Extraordinario del 22 de diciembre de 2.006.
−
Ley Penal del Ambiente, publicada en la Gaceta Oficial Nº 35.946 del 18
de Diciembre de 1.995.
−
Ley Nº 55: Ley sobre sustancias, materiales y desechos peligrosos.
Gaceta Oficial Nº 5.554 de fecha 13 de Noviembre de 2.001.
−
Ley de Aguas, publicada en la Gaceta oficial N° 38.595 del 02 de Enero
de 2.007, Reglamento publicado en la Gaceta Oficial Nº 2.022 del 28 de
Abril de 1.977.
−
Resolución 40. Requisitos para el registro y autorización de manejadores
de sustancias, materiales y desechos peligrosos. Gaceta Oficial Nº 37.700
de fecha 29 de Mayo de 2.003.
−
Decreto Nº 2.635, Gaceta Oficial Extraordinaria No. 5.245 del 3 de Agosto
de 1.998 "Reforma Parcial del Decreto 2.289 Contentivo de las Normas
para el Control de la Recuperación de los Materiales Peligrosos".
5.3.2. DECRETOS
5.3.2.1.
Decreto 883 “Normas para la Clasificación y el Control de
la Calidad de los Cuerpos de Agua y Vertidos o Efluentes
Líquidos”(1995)
El Capítulo II, Art. 4 describe la calidad mínima de las aguas requerida
según el uso al cual se las destina (consumo humano, uso agropecuario,
recreacional, etc.). Esta clasificación es importante cuando se planea
acondicionar y reutilizar los efluentes de la planta.
Los Art. 10 y 12 del Capítulo III, Control de Vertidos Líquidos, son los de
mayor interés para el diseño de los equipos que constituyen el tren de
tratamiento. Estos artículos incluyen los rangos y límites máximos de
calidad de los vertidos líquidos de acuerdo con el tipo de cuerpo de agua
donde van a ser descargados (ríos, lagos, mares, etc.). Dichos valores
son de gran importancia porque el diseño de los equipos debe ser tal,
que permita al efluente tratado tener las características necesarias para
su correcta disposición.
En el caso especial que se vayan a realizar descargas a redes
cloacales, es necesario consultar el Art. 15 del Capítulo III para obtener
los límites relacionados a ese tipo de descarga.
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Por último, el Art. 19 estipula que se prohíbe el uso de sistemas de
drenajes de aguas pluviales para la disposición de efluentes líquidos y la
dilución de efluentes con agua limpia para cumplir con los límites
establecidos por las legislaciones ambientales vigentes.
Para obtener los valores y rangos límites de cada parámetro a controlar
se debe consultar el documento “Normas para la Clasificación y el
Control de la Calidad de los Cuerpos de Agua y Vertidos o Efluentes
Líquidos”.
5.3.2.2.
Decreto 2635 “Normas para el Control de la Recuperación
de Materiales Peligrosos y el Manejo de los Desechos
Peligrosos”(1998)
El manejo de desechos peligrosos es un tema importante que hay que
tener en cuenta cuando se diseña la planta, ya que en varios procesos
de la misma se involucran materiales definidos como peligrosos
(hidrocarburos, ácidos y bases, soluciones a base de cloro, etc.) por la
legislación vigente, y que deben ser manejados de manera adecuada.
En el Art. 13 se establece una lista general de materiales peligrosos que
pueden ser recuperables, mientras que en el Anexo B se especifica
dicho punto con más detalle.
En el caso que se requiera el uso de incineradores, se recomienda
consultar el Capítulo V, ya que el mismo contiene la información sobre
las disposiciones técnicas, los límites de emisiones y el control de su
instalación y manejo.
Para el diseño de la planta de tratamiento de efluentes, también es
importante revisar los Anexos C y D del decreto. El primero contiene las
concentraciones límites para distintas sustancias contaminantes
contenidas en el desecho, mientras que el segundo establece la
concentración máxima permisible de dichas sustancias en el lixiviado.
Para obtener información más detallada o los valores y rangos límites en
cuanto a la concentración de las sustancias peligrosas se debe consultar
el documento Decreto 2635. “Normas para el Control de la Recuperación
de Materiales Peligrosos y el Manejo de los Desechos Peligrosos”.
5.3.3. OTRAS NORMAS
Además de cumplir con las leyes y decretos nacionales, el diseño deberá
cumplir con las normas PDVSA y las normas internacionales que sean
aplicables al tipo de instalación y sistema que forman parte del proyecto.
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5.3.3.1.
a.
Normas PDVSA - Petróleos de Venezuela, S. A
MDP–01–DP–01. Temperatura y Presión de Diseño. 1998
Esta norma estipula los criterios de diseño para la determinación de la
temperatura y la presión de diseño de los equipos de acuerdo con la
Tabla 5.3.1 y 5.3.2.
El documento completo puede ser consultado en: “MDP–01–DP–01.
Temperatura y Presión de Diseño”.
TABLA 5.3.1 TEMPERATURA DE DISEÑO.
Temperatura de operación, T
°F
T < 0 °F
0 < T < 750
T > 750
Temperatura de diseño, Td
°F
T – 30
T + 50
T
Fuente: Norma PDVSA MDP – 01 – DP – 01.
TABLA 5.3.2 PRESIÓN DE DISEÑO.
Presión de operación, P
[psi]
P < 35
35 < P < 250
250 < P < 580
580 < P < 1160
P > 1160
Presión de diseño, Pd
[psi]
50
Pd + 25 psi
Pd + 10%
Pd + 58 psi
Pd + 5%
Fuente: Norma PDVSA MDP – 01 – DP – 01.
b.
MDP–09–EF–05. Diseño Conceptual de Tecnologías de Control
de Efluentes. 1996
Es una guía de diseño para el dimensionamiento de los siguientes
equipos:
-
Separador API.
-
Separador de placas corrugadas (CPI).
-
Sistema de flotación por aire disuelto (DAF).
-
Floculador – Sedimentador.
-
Laguna de estabilización.
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-
Sistema de lodos activados.
El documento completo puede ser consultado en: “MDP–09–EF–05.
Diseño Conceptual de Tecnologías de Control de Efluentes”.
c.
MDP–09–EF–03. Sistemas de Control de Efluentes. 1997
Contiene una descripción de los procesos y equipos más utilizados para
el tratamiento de aguas residuales provenientes de la industria petrolera.
Para más información, consultar el documento “MDP–09–EF–03.
Sistemas de Control de Efluentes”.
d.
SI-S-13. Normativa Legal en Seguridad, Higiene y Ambiente
(SHA). 2001
La norma contiene una recopilación de los documentos que conforman
la legislación ambiental venezolana aplicable a las actividades que lleva
a cabo PDVSA. Sin embargo, así como dichas normativas pueden
cambiar con el tiempo o pueden surgir otras nuevas, el hecho de que
una legislación no aparezca en la Norma PDVSA, no significa que no
aplique para el proyecto en cuestión. En caso de necesitar una lista
detallada de las legislaciones citadas en el documento, consultar “SI-S13. Normativa Legal en Seguridad, Higiene y Ambiente”.
e.
MDP–09–RA–01. Legislaciones Ambientales de Venezuela,
Estados Unidos y la Comunidad Económica Europea. 1997
Contiene una lista de documentos referentes a la legislación ambiental
tanto en Venezuela como en Estados Unidos y Europa. Esta norma,
deberá revisarse en caso de que se elaboren proyectos que tengan que
cumplir con estándares internacionales. Debido a la fecha de este
documento, es conveniente revisar la actualidad de las normas allí
citadas, tanto en el caso nacional, como en el internacional. Para más
detalles, consultar “MDP-09-RA-01. Legislaciones Ambientales de
Venezuela, Estados Unidos y la Comunidad Económica Europea.”.
f.
MDP – 09 – RS – 03. Técnicas de Manejo de Residuos Sólidos.
1997.
Contiene una descripción de las técnicas de manejo de residuos sólidos
más comunes para el tratamiento de desechos generados por la
industria petrolera. En caso se ser necesario, se recomienda consultar
“MDP-09-RS-03. Técnicas de Manejo de Residuos Sólidos”.
5.3.3.2.
Estándares del Banco Mundial (World Bank Standards)
El estándar para la calidad del agua establecido por el Banco Mundial,
Water Resources and Environment. Water Quality: Assesment and
Protection, debe tomarse en consideración cuando se realice el diseño
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de plantas de tratamiento para compañías que se guíen por estándares
internacionales y/o requieran su cumplimiento por razones financieras u
otras. Los límites y rangos de calidad de los efluentes aptos para la
descarga pueden ser consultados en el documento “World Bank – Water
Resources and Environment. Water Quality: Assesment and Protection”.
5.4.
SELECCIÓN DE LA TECNOLOGÍA
5.4.1. IDENTIFICACIÓN DE TECNOLOGÍAS DISPONIBLES
Una vez que se conoce la información referente a los tipos de efluentes que se
desean tratar, sus características, volumen producido, etc. y las condiciones a
las cuales se debe descargar el efluente de acuerdo con las disposiciones
legales referentes al cuerpo de agua donde se vaya a realizar la disposición
final, se puede realizar la identificación de las tecnologías para determinar
cuáles son las más adecuadas para el tratamiento de los mismos.
Es importante también incluir tecnologías que involucren el tratamiento de
desechos sólidos, ya que durante el tratamiento del efluente se generarán
lodos que deben ser tratados y dispuestos correctamente, según lo
establecido en las regulaciones ambientales vigentes. En la Tabla 5.4.1 se
muestran las principales tecnologías de tratamiento para desechos líquidos y
sólidos.
TABLA 5.4.1. INSUMOS REQUERIDOS POR ALGUNAS TECNOLOGÍAS PARA EL
TRATAMIENTO DE AFLUENTES Y DESECHOS SÓLIDOS.
Desechos
Líquidos
Sólidos
Tecnología Disponible
Separación agua / aceite
Flotación por aire disuelto
Coagulación / Floculación / Sedimentación
Aeración
Cloración
Filtración
Neutralización
Tratamientos biológicos
Tratamientos terciarios
Flotación
Sedimentación
Filtración
Centrifugación
Precipitación
Incineración
Estabilización/Solidificación
Lanspreading
Landfarming
Compostaje
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Biopilas
Biorreactores
Digestión (aeróbica y anaeróbica)
Fuente: Elaboración propia.
5.4.1.1. TECNOLOGÍAS PARA EL TRATAMIENTO DE DESECHOS
LÍQUIDOS
El tren de tratamiento para un efluente industrial varía de acuerdo con
la composición del mismo. En la Figura 5.4.1 se presenta un
diagrama de flujo que facilita la selección de las tecnologías a utilizar
de acuerdo con los componentes que se desean remover o minimizar
en el efluente.
A continuación se describen las tecnologías más usadas para el
tratamiento de desechos líquidos, incluyendo ventajas, desventajas y
costos para su aplicación. También se incluye una breve descripción
de otras tecnologías disponibles, pero de menos uso industrial.
a.
Tanque de igualación
Aunque los tanques de igualación no son considerados una
tecnología de tratamiento de efluentes como tal, los mismos son
comúnmente incluidos dentro del diseño de la planta porque permiten
mantener un caudal de agua constante a las unidades que se
encuentran aguas abajo y propician condiciones de mezcla completa,
las cuales ayudan a homogeneizar y amortiguar la concentración de
contaminantes en caso de fluctuaciones, haciendo que la salida a ser
alimentada sea lo más uniforme posible.
En el diseño de estos equipos es importante evitar la sedimentación,
por lo que se debe colocar un tanque sedimentador previo, y para
lograr las condiciones de mezcla completa se pueden utilizar
dispositivos mecánicos o aeradores.
b.
Separación Agua / Aceite libre
Este tipo de tratamiento primario también conocido como separación
por gravedad, tiene como función principal remover las grasas o
aceites libres sin la adición de sustancias químicas para facilitar el
funcionamiento de las unidades posteriores, y regular las
concentraciones de hidrocarburos presentes en el efluente a ser
tratado. Además, también permite remover una porción de los sólidos
suspendidos, tales como: arena, arcillas y gravas finas, entre otros.
Como su nombre indica, estos separadores dependen de la diferencia
de densidades entre las sustancias para lograr la separación. En el
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caso de los aceites, las gotas se elevan hacia la superficie por tener
una densidad menor; y en el caso de los sólidos suspendidos, los
mismos se depositan en el fondo al caer por su propio peso, ya que
tienen una densidad mayor a la del agua.
Dentro de esta categoría, los dos separadores más utilizados son: el
separador API (American Petroleum Institute) y el separador de
placas corrugadas (CPI, Corrugated Plate Interceptor).
 Separador API
Consiste en un tanque horizontal a través del cual el efluente fluye
horizontalmente, mientras el aceite libre flota hacia la superficie. Este
aceite es retirado con un desnatador y llevado a un sistema de
recuperación.
El funcionamiento de estas unidades depende de la naturaleza del
aceite, características del flujo, diseño y tamaño de la unidad. Pueden
ofrecer eficiencias en el orden de un 75% o más, en especial cuando
el diámetro promedio de las partículas es igual o superior a 0,015 cm.
Los separadores API consisten en estanques rectangulares
multicanales, los cuales disponen de una zona de entrada, una zona
de separación agua / aceite y una zona de salida. En la Figura 5.4.2
se muestra un diagrama de este tipo de separador.
• Ventajas y desventajas
Las ventajas del separador API:
- Operación sencilla;
- Fácil mantenimiento respecto al CPI, ya que no se tapona, por no
tener componentes internos (platos).
En cuanto a las desventajas, el API:
-
Limitada eficiencia para partículas con diámetros de glóbulo
inferior a 0,015 cm;
-
Ocupan grandes espacios;
-
Costo de instalación relativamente altos;
-
Problemas con los vapores y olores;
Se requieren como mínimo dos unidades para facilitar la limpieza.
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FIGURA 5.4.1. ESQUEMA GENERAL PARA EL TRATAMIENTO DE EFLUENTES.
Selección de Tecnología para
Tratamiento de Efluente Industrial
SI
¿Concentración de
Aceite Libre por encima
de la Norma?
SI
¿Tamaño de gota de
aceite > 0,015 cm?
SI
¿Cumple con los
demás requisitos de
la Norma?
Separador
API
Descarga Final
NO
NO
NO
Separador
CPI
¿pH fuera del rango
establecido en la
Norma?
SI
Neutralización
¿Cumple con los
demás requisitos de
la Norma?
SI
Descarga Final
NO
NO
¿Concentración de
Aceite Emulsionado por
encima de la norma?
SI
Flotación por Aire Disuelto (DAF)
o
Coagulación - Floculación - Sedimentación
¿Cumple con los
demás requisitos de
la Norma?
SI
Descarga Final
NO
NO
¿Concentración de
Sólidos Suspendidos
superior a la Norma?
SI
Tratamiento Biológico
(Lodos activados, Lagunas de estabilización,
Tanque de aeración, biodiscos, etc)
¿Cumple con los
demás requisitos de
la Norma?
SI
Descarga Final
NO
NO
¿Concentración
de Sólidos Suspendidos
Sedimentables mayor
a la Norma?
SI
Sedimentación por Gravedad
(Clarificador, Centrífuga, Hidrociclones, etc)
¿Cumple con los
demás requisitos de
la Norma?
NO
NO
NO
¿Cumple con
los demás requisitos
de la Norma (olor, color,
metales pesados,
etc.)?
NO
Tratamiento Terciario
(Cloración, Intercambio iónico, Radiación,
Precipitación, Ósmosis Inversa, Etc.)
¿Cumple con los
demás requisitos de
la Norma?
SI
SI
Descarga Final
Fuente: Elaboración propia.
SI
Descarga Final
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 Separador CPI
Consiste en un conjunto de entre 12 y 48 placas corrugadas montadas
de forma paralela, y separadas a una distancia de 2 a 5 cm, las cuales
se encuentran ubicadas dentro de un tanque por donde fluye el agua
que se desea tratar.
FIGURA 5.4.2. DIAGRAMA DE UN SEPARADOR API.
Fuente: BT Techo-Services (Online)
A medida que el agua fluye a través de las placas, los glóbulos de
aceite flotan hacia la parte cóncava de las placas inclinadas donde se
unen entre sí para formar grandes masas que se desplazan a lo largo
de los platos hasta alcanzar la superficie. De la misma forma, los
sólidos que se encuentran suspendidos, al pasar entre los platos,
chocan con los mismos y entre sí, para luego dirigirse al fondo por
acción de la gravedad. Un esquema de este tipo de separador se
presenta en la Figura 5.4.3.
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FIGURA 5.4.3. DIAGRAMA DE UN SEPARADOR CPI.
Fuente: BT Techo-Services (Online)
• Ventajas y desventajas
Las ventajas de los separadores de placas corrugadas son:
- Tiene excelente desempeño en aguas a altas temperaturas y en
aguas de producción, especialmente para caudales bajos;
- Unidades compactas con respecto a los separadores API;
- Economía en el costo;
- Las placas paralelas por lo general se fabrican de un material
plástico que elimina los problemas de corrosión;
- El desplazamiento ascendente del aceite y descendente del lodo a
través de las placas contribuye a reducir los problemas de
levantamiento y resuspensión debido al flujo del agua;
- Favorece la coalescencia;
- Equipo sencillo de operar.
En cuanto a las desventajas se tiene que:
- Eficiencia limitada para tamaño de glóbulo inferior a 0,006 cm;
- Requieren una mayor frecuencia de limpieza al año por problemas
de taponamiento, lo que se traduce en mayores costos de
mantenimiento;
- Dificultad de limpieza de las placas para ciertas profundidades;
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- Presenta problemas para manejar efluentes con alto contenido de
hidrocarburos.
c.
Flotación por aire disuelto (DAF, Dissolved Air Flotation)
La flotación es otro tipo de tratamiento primario que consiste en el
proceso de separación de aceites emulsionados y sólidos presentes
en el efluente por medio de burbujas de aire que aceleran el ascenso.
Estas burbujas se adhieren a las partículas en suspensión y producen
una disminución de la densidad aparente del conjunto burbujapartícula hasta que la misma se vuelve menor que la del agua. La
diferencia de densidades origina un impulso ascensional que hace
que las partículas se acumulen en la superficie.
Los principios de operación del proceso de flotación dependen del
método empleado para producir pequeñas burbujas de aire o gas
requeridas. En general, las burbujas son generadas por:
- Descompresión de una corriente de agua presurizada con aire o
gas disuelto;
- Por aire o gas dispersado mecánicamente o hidráulicamente.
Los tipos más importantes son la flotación por aire inducido (IAF,
Induced Air Flotation) y la flotación por aire disuelto (DAF). Debido a
que esta última es mucho más utilizada, se hará una breve
descripción de esta tecnología y de sus ventajas y desventajas.
El sistema DAF utiliza agua presurizada y sobresaturada con aire
para producir burbujas de 30 a 120 μm de diámetro al momento en el
que el efluente entra al tanque de flotación y se despresuriza. Por lo
general, esta tecnología puede ser aplicada en tres configuraciones:
presurización total, presurización parcial y reciclo presurizado, siendo
esta última la configuración preferida para el 80% de los sistemas de
tratamiento de efluentes de refinerías.
A fin de mejorar el proceso se hace uso de sustancias químicas, tales
como coagulantes y floculantes que se adicionan previamente. Estas
sustancias se dividen en tres grandes grupos: compuestos químicos
inorgánicos (cloruro de aluminio, sulfato de aluminio, sulfato ferroso,
sílice), polímeros naturales (almidón, guar, taninos y sustancias
protéicas) y polímeros sintéticos (polielectrolitos).
Los principales equipos involucrados en un sistema DAF son:
-
El tanque de flotación, el cual está equipado con pantallas internas
y desnatadores para remover los desechos flotantes;
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-
El sistema de reciclo conformado por: la bomba de reciclo, el
compresor para el aire y el tanque de presurización donde se
satura la corriente de aire;
-
Tanque de floculación y dispositivos de mezclado rápido para la
agitación del coagulante.
En la Figura 5.4.4 se presenta un esquema del sistema DAF con
reciclo presurizado.
• Ventajas y desventajas
Entre las ventajas que ofrece esta tecnología están:
- Remueve partículas con densidad mayor que la del agua;
- Remueve aceite emulsionado;
- Puede trabajar tanto con gas como con aire;
- Las fluctuaciones hidráulicas pueden ser compensadas fácilmente
por manipulación de la operación;
- El tamaño de burbuja de aire formada (40 – 60 μm) permite
mayores eficiencias para determinados efluentes.
En cuanto a las desventajas se tiene que:
- Requiere del uso de sustancias químicas;
- Requerimiento de equipos mecánicos (bombas, compresores), lo
que implica mayor mantenimiento y costos operativos.
FIGURA 5.4.4. DIAGRAMA DE UN SISTEMA DAF CON RECICLO
PRESURIZADO.
Fuente: Citizendium (Online)
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d.
Coagulación / Floculación / Sedimentación
La coagulación y floculación son dos procesos que pueden resumirse
en una etapa cuyo objetivo es propiciar el aglutinamiento de las
partículas en pequeñas masas llamadas flóculos, de manera que su
peso específico sea mayor que el del agua y puedan precipitar. Por lo
general, se utiliza como un paso acoplado a otra tecnología, como es
el caso de sistemas DAF, centrifugación, espesamiento de lodos,
clarificación, entre otros.
Básicamente, la coagulación consiste en emplear productos químicos
(coagulantes) que permiten neutralizar y desestabilizar las cargas de
las partículas coloidales en el efluente. Por otra parte, la floculación
permite la aglomeración de las partículas pequeñas para formar
flóculos, los cuales crecen y se convierten en partículas sólidas de
mayor tamaño que sedimentan más rápidamente. La coagulación se
logra mediante una mezcla rápida mientras que la floculación se
obtiene a través de una mezcla lenta para evitar el rompimiento de los
flóculos.
Un proceso que está fuertemente ligado al uso de coagulantes y
floculantes es la sedimentación. Esta operación unitaria permite la
clarificación del agua al separar los sólidos de la fase acuosa por
acción de la gravedad. También permite remover aceite emulsionado
por acción conjunta con coagulantes y floculantes, siempre que el
aceite se encuentre en una concentración de 30 a 150 mg/L.
La sedimentación se puede separar en tres clasificaciones: discreta,
floculenta y por zona. En la sedimentación discreta, las partículas
mantienen su individualidad y no ocurren cambios de tamaño, forma o
densidad durante dicho período. La sedimentación floculenta ocurre
cuando las partículas se aglomeran durante el periodo de retención
resultando un cambio en el tamaño de las partículas. La
sedimentación por zona involucra una suspensión de flóculos que
forman una estructura reticular que se deposita en el fondo como si
fuese una única unidad de masa, demostrando una interfase visible a
medida que se mueve hacia el fondo del tanque.
Los sedimentadores pueden ser diseñados con sección cilíndrica o
rectangular. En las Figuras 5.4.5 y 5.4.6 se muestran los diagramas
para cada uno de ellos.
• Ventajas y desventajas
El uso de floculantes y coagulantes en combinación con la
sedimentación tiene como ventajas:
- Remueve partículas con densidad mayor que la del agua;
- Remueve aceite emulsionado;
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- Bajos consumos de energía;
- Mayor flexibilidad del sistema ante cambios bruscos de calidad y
volumen;
- Altas eficiencias de remoción.
En cuanto a las desventajas se tiene que:
- Requiere del uso de sustancias químicas;
- Ocupa mayor área que otros sistemas.
FIGURA 5.4.5. SEDIMENTADOR DE SECCIÓN CILÍNDRICA.
Fuente: Kemmer, 1988.
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FIGURA 5.4.6. SEDIMENTADOR DE SECCIÓN RECTANGULAR.
Fuente: Kemmer, 1988.
e.
Aeración
La aeración es un proceso mecánico que provee un contacto íntimo
entre el aire y el agua, permitiendo la transferencia de las moléculas
gaseosas provenientes del aire, principalmente el oxígeno, a la fase
acuosa conformada por el efluente. El uso de la aeración varía, ya
que la misma puede ser utilizada para varios fines, entre los cuales
están:
-
Aumentar el contenido de oxígeno disuelto en el agua para cumplir
con los estándares de descarga;
-
Proporcionar el oxígeno necesario para llevar a cabo tratamientos
biológicos;
-
Mantener condiciones de mezcla completa;
-
Remoción de gases indeseables como CO2 y metano (CH4),
también llamado desgasificación;
-
Oxidación de impurezas inorgánicas como hierro, manganeso y
sulfuro de hidrógeno;
-
Oxidación de la materia orgánica.
Excepto en la desgasificación, los requerimientos de la aeración son
una función del grado de deficiencia de oxígeno en el agua y de las
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reacciones químicas consumidoras de oxígeno que se están llevando
a cabo. A su vez, la concentración de oxígeno en el agua depende de
la temperatura, la presión, los sólidos disueltos y sus características,
entre otros. Los equipos más usados en la aeración de tratamientos
industriales consisten en unidades de difusión de aire, turbinas y
aeradores superficiales.

Difusores:
En este tipo de aeración, el aire es forzado a través de un difusor, el
cual libera pequeñas burbujas cerca del fondo del tanque,
estableciendo un buen contacto entre el oxígeno y el agua
Básicamente existen dos tipos: los porosos que producen diminutas
burbujas al hacer pasar el aire por una membrana o un medio poroso; y
los no porosos que generan burbujas de mayor tamaño a partir de
fuerzas hidráulicas cortantes o de orificios en tuberías y platos
perforados. Los de medio poroso suelen tener altas eficiencias, sin
embargo, tienen como desventaja que se taponan con facilidad del
lado del aire por lo que requieren filtros y mantenimiento constante. Los
difusores que producen burbujas de mayor tamaño tienen una
eficiencia a la transferencia de oxígeno menor a los difusores porosos,
debido a que el área interfacial para la transferencia es
considerablemente menor. A pesar de esto, estas unidades tienen la
ventaja de que no requieren filtros para el aire y generalmente
necesitan un menor mantenimiento.
 Turbinas:
Este tipo de unidades dispersan el aire comprimido a través de la
acción del bombeo y de las fuerzas cortantes que generan. Debido a
que el mezclado es independientemente controlado por la potencia de
la turbina, no existen limitaciones en cuanto a la geometría del tanque.
Normalmente se colocan pantallas dentro del tanque de aeración para
eliminar los vórtices y remolinos.
 Aeradores superficiales:
Mientras que los aeradores sumergidos (difusores) ponen en contacto
al aire con el agua; los aeradores de superficie funcionan de manera
contraria, poniendo en contacto el agua con la atmósfera. Su
funcionamiento general consiste en elevar grandes volúmenes de agua
por encima de la superficie y exponiendo pequeñas gotas del líquido a
la atmósfera. Este tipo de aerador puede venir en forma de tubos
generadores de corrientes, platos o hélices, los cuales se ubican en la
superficie del líquido en el tanque o justo debajo de ella.
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•
Ventajas y desventajas
El uso de sistemas de aeración tiene como ventajas:
- Permite eliminar malos olores y despojar gases indeseados;
- Al mismo tiempo, se puede oxidar tanto materia orgánica como
inorgánica;
- Sirve para elevar el contenido de oxígeno disuelto en el agua a
valores exigidos por la norma.
En cuanto a las desventajas se tiene que:
- Requiere de espacio físico considerable;
- En el caso de los difusores, es necesario limpiezas frecuentes para
evitar taponamientos en el sistema;
- Por lo general se requieren largos tiempos de retención, los cuales
varían de acuerdo con la eficiencia del aerador y las condiciones
del afluente y el tratamiento específico que se aplique.
f.
Cloración
Uno de los tratamientos terciarios más comunes es la desinfección, la
cual involucra la destrucción selectiva de los microorganismos
patógenos. La desinfección de los efluentes antes de la descarga final
asegura que las bacterias, virus y otros sean reducidos a niveles
aceptables.
Existen muchas formas de lograr esto: agentes químicos, agentes
físicos, medios mecánicos y radiación; sin embargo, el más común de
todos es la cloración.
El cloro es un elemento activo que reacciona con muchos
compuestos químicos contenidos en el agua, formando componentes
nuevos o menos ofensivos. Hidrólisis e ionización ocurren cuando se
añade cloro gaseoso al agua, el cual forma ácido hipocloroso, HOCl,
y el ión hipoclorito, OCl –, ambos llamados cloro libre o residual. Las
sales de hipoclorito de calcio, Ca(OCl)2, y de sodio, Na(OCl), pueden
ser añadidas al agua para formar cloro libre. HOCl es la forma
predominante a pH < 7,0 lo cual es beneficioso para la cloración, ya
que su poder desinfectante es de aproximadamente 40 – 80 veces el
de OCl –.
HOCl reacciona con el amoníaco en el agua para formar diferentes
tipos de cloraminas, compuesto que constituyen lo que se llama cloro
libre combinado. Debido a que las cloraminas tienen un poder
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desinfectante inferior, es necesario añadir una cantidad de cloro extra
para asegurar la presencia de cloro residual. En la Figura 5.4.7 se
muestra un esquema del fenómeno de reacción resultante cuando se
añade cloro a un agua residual con contenido de amoníaco.
FIGURA 5.4.7 PUNTO DE QUIEBRE DE LA CLORACIÓN.
Fuente: Liptak et al., 1999.
La efectividad de la desinfección por cloración es una función del pH,
la temperatura y el tiempo de contacto, donde este último, en
conjunto con la dosis aplicada de cloro, es de suma importancia para
la eliminación de virus.
La dosis de cloro necesaria para el tratamiento del efluente es
determinada a través de pruebas de laboratorio realizadas
previamente al agua que se desea tratar. Antes de realizar estas
pruebas se debe conocer la concentración de cloro residual permitida
por las legislaciones ambientales aplicables al proyecto.
Los usos del cloro, sus diferentes presentaciones y modos de
inyección se presentan en la figura mostrada a continuación.
•
Ventajas y desventajas
El uso de sistemas de cloración tiene como ventajas:
- Permite eliminar malos olores y sabores del efluente;
- Elimina o reduce considerablemente
organismos patógenos;
la
concentración
de
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- En ciertos casos puede ser utilizado para reducir la DBO;
- Es más económico que otros métodos de desinfección disponibles
como el ozono y la radiación.
En cuanto a las desventajas se tiene que:
- Requiere equipos de control estrictos que monitoreen
constantemente las condiciones del efluente para asegurar que la
dosis de cloro sea la adecuada;
- El sistema completo requiere el uso de varios equipos como:
unidades de bombeo, tanques de contacto, sistemas de inyección
de cloro, tanques de almacenamiento de químicos, agitadores,
entre otros;
- Puede presentar problemas de corrosión, debido a que el cloro es
un fuerte oxidante.
FIGURA. 5.4.8 USOS DEL CLORO.
Fuente: Liptak et al., 1999.
g.
Otros tratamientos también aplicables al tratamiento de
efluentes
• Filtración
La filtración es una operación unitaria para separar las partículas
sólidas de un líquido mediante el uso de un medio poroso. La fuerza
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impulsora del proceso es un gradiente de presión, generado por
acción de la gravedad, fuerza centrífuga o vacío a una presión
superior a la presión atmosférica.
Los filtros más utilizados para el proceso de filtración de efluentes
industriales son los de medios granulares. Éstos son empleados para
remover sólidos suspendidos en la etapa de pretratamiento, en caso
de efluentes con baja concentración de los mismos (5 – 10 mg/L), o
como un tratamiento terciario ubicado a continuación de los procesos
de tratamiento biológico.
Los sólidos suspendidos son removidos en la superficie del filtro por
efecto de la percolación, y a través de la profundidad del filtro por
efecto de la percolación y la adsorción. Para mejorar la remoción de
sólidos suspendidos se añaden coagulantes al efluente previo a la
filtración.
La filtración es un proceso que no se recomienda para el caso de
fluidos con altas viscosidades, ya que se generan altas caídas de
presión dentro de la unidad que pueden traer como consecuencia
problemas operacionales.
El tamaño de las partículas que conforman el medio de filtración es
un parámetro importante a la hora de diseñar este tipo de filtros.
Dependiendo del medio, estos filtros pueden llegar a manejar
efluentes con una concentración de hasta 1000 mg/L de sólidos
suspendidos y proveer alrededor de un 90% de remoción. En la Tabla
5.4.2 se presentan las opciones más usadas.
TABLA 5.4.2 TIPOS DE MEDIOS DE FILTRACIÓN.
Tipo de medio
Material
Tamaño
[mm]
Profundidad [in]
1. Único
a. Fino
b. Grueso
Arena
Antracita
0,35 0,60
1,3 – 1,7
10 – 20
36 – 60
2. Doble
Arena
Antracita
0,45 – 0,6
1,0 – 1,1
10 – 12
20 – 30
3. Múltiple
Granate
Arena
Antracita
0,25 – 0,4
0,45 – 0,55
1,0 – 1,1
2–4
8 – 12
18 - 24
Fuente: Eckenfelder, 1970.
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• Neutralización
La neutralización es un proceso cuyo objetivo es lograr el ajuste del
pH en una solución, mediante la adición de un químico (ácido o
base), y así garantizar un proceso óptimo y dentro de las
regulaciones ambientales existentes. Adicionalmente la adecuación
del pH se realiza para estimular o favorecer reacciones posteriores de
los contaminantes con cualquier aditivo agregado durante su
tratamiento tal como ocurre en los procesos de floculación,
coagulación o remoción de metales, y para propiciar las condiciones
de pH adecuadas para los casos en los cuales es necesario algún
tipo de tratamiento biológico. En la Tabla 5.4.3 se presentan los
principales agentes para la neutralización son:
TABLA 5.4.3 PRINCIPALES AGENTES PARA LA NEUTRALIZACIÓN DE
EFLUENTES.
Agentes básicos
Hidróxido de Sodio, NaOH,
también conocido como Soda
cáustica (fuerte)
Agentes ácidos
Ácido Sulfúrico, H2SO4 (fuerte)
Hidróxido de Magnesio, Mg(OH)2
(moderado)
Carbonato de Sodio, Na2CO3
(débil)
Ácido clorhídrico, HCl (fuerte)
Bicarbonato de Sodio, NAHCO3
(débil)
Óxido de Calcio, CaO, conocido
como cal viva o cal apagada de
acuerdo a su forma (fuerte)
Dióxido de Carbono, CO2 (débil)
Fuente: Eckenfelder, 1970.
• Tratamientos biológicos
Mediante este tipo de tratamiento se logra la reducción sustancial del
contenido de materia orgánica soluble y materia coloidal que no es
retenido en el tratamiento primario.
Para poder llevar a cabo el tratamiento biológico, también llamado
secundario, se debe haber eliminado previamente la mayor cantidad
de sólidos gruesos, sustancias aceitosas y sólidos sedimentables, de
manera que los microorganismos empleados puedan descomponer u
oxidar la materia orgánica. En la Tabla 5.4.4 se muestran los
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parámetros que se deben revisar antes de aplicar un tratamiento
biológico, los rangos en los que deben estar los mismos y algunas
tecnologías utilizadas para su pretratamiento.
TABLA 5.4.4 PRETRATAMIENTOS MÁS COMUNES PARA ELIMINAR
CIERTOS CONTAMINANTES.
Parámetro
Sólidos
suspendidos
Concentración límite
> 125 mg/L
Aceites y
grasas
> 35
Cu + Ni + CN
≤ 1 mg/L
Pb
≤ 0,1 mg/L
Cr
≤ 10 mg/L
+3
Zn + Cr
Pretratamiento
Sedimentación,
flotación
Separador agua aceite
Precipitación o
intercambio iónico
≤ 3 mg/L
+6
pH
6–9
Neutralización
Alcalinidad
0,5 lb alcalinidad como
CaCO3/lb DBO
removida
Neutralización
Acidez
0 (acidez mineral)
Neutralización
Variación de la
carga orgánica
> 2:1
Tanque de igualación
Sulfuros
> 100 mg/L
Precipitación
Amoníaco
> 500 mg/L (como N)
Dilución, intercambio
iónico, ajuste de pH
Fuente: Eckenfelder, 1970.
Cuando el proceso se realiza en presencia de oxígeno se le conoce
como aeróbico, y cuando se lleva a cabo en su ausencia se denomina
anaeróbico.
Entre los procesos biológicos más comunes se encuentran las lagunas
de estabilización y los lodos activados. En la Tabla 5.4.5 se presentan
las ventajas y desventajas de ambas tecnologías.
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TABLA 5.4.5 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS LODOS ACTIVADOS
Y LAS LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN.
Proceso
Ventajas
- Operación sencilla.
- No requiere equipos
mecánicos.
- Requiere mínimo
mantenimiento.
Lagunas de - No requiere personal
especializado para la
estabilización
construcción, operación y
mantenimiento.
- Soportan variaciones en el
afluente, restaurándose
rápidamente el equilibrio
bioquímico.
Lodos
activados
- Remoción de DBO mayor
al 90% (varía de acuerdo
con la modalidad
elegida).
- Menos requerimiento de
terreno que las lagunas
de estabilización y otros
tratamientos biológicos.
- Costos iniciales menores.
- Mejor control de olores.
Desventajas
- Se requieren
grandes extensiones
de terreno.
- Si no se hace
mantenimiento
adecuado, puede
convertirse en un
criadero de moscas,
mosquitos y
vectores de
enfermedades.
- Sistema complejo.
- Mayor volumen de
lodos.
- Sistema susceptible
a sobrecargas
hidráulicas y efectos
de la temperatura
Fuente: Norma PDVSA MDP – 09 – RS – 03.
•
Tratamientos terciarios
Cuando el efluente de un tratamiento secundario no cumple con los
parámetros de descarga para el cuerpo receptor, se deben considerar
otros procesos de remoción de contaminantes para cualquier
componente en específico.
Dichos procesos pueden aplicarse para la remoción de materia
orgánica, color u olor, por medio de carbón activado, oxidación con
ozono u otro tipo de oxidación por la vía química, tal como el peróxido
de hidrógeno en presencia de sulfato como catalizador.
Para la remoción de sales disueltas, dependiendo de la naturaleza y la
concentración, así como la eficiencia de remoción deseada, se puede
recurrir a procesos tales como intercambio iónico, electrodiálisis,
precipitación y ósmosis inversa.
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5.4.1.2.
TECNOLOGÍAS PARA EL TRATAMIENTO DE DESECHOS
SÓLIDOS
En la mayoría de los procesos de tratamiento primario, así como
secundarios, se producen lodos, los cuales deben disponerse en forma
adecuada. Los lodos que resultan únicamente de los procesos de
separación sólido-líquido se conocen como lodos primarios, y los
provenientes de procesos biológicos se designan como lodos
secundarios. Los primarios consisten en partículas sólidas,
básicamente de naturaleza orgánica. Los secundarios son
fundamentalmente biomasa en exceso producida en los procesos
biológicos.
La selección de procesos de tratamiento no es sencilla y obedece a
consideraciones tales como propiedades físicas y químicas del residuo,
características de peligrosidad (inflamabilidad, corrosividad, reactividad
y toxicidad), la concentración de contaminantes a tratar, características
de los productos tratados, disponibilidad de instalaciones y de
tecnologías para tratamiento, regulaciones de seguridad, gasto
energético, compatibilidad con el ambiente, mantenimiento de equipos
y costos.
En esta sección se describe brevemente algunas de las tecnologías
disponibles para el tratamiento de los distintos desechos sólidos. Para
una descripción más detallada de los tratamientos físicos, químicos y
biológicos existentes se recomienda consultar la Norma PDVSA MDP –
09 – RS – 03 “Técnicas de Manejo de Desechos Sólidos” o las
referencias bibliográficas ubicadas al final del documento.
La variedad de procesos disponibles para el tratamiento de residuos
sólidos puede clasificarse en tres categorías: procesos de separación
de fases o separación de componentes, que se conocen como
procesos físicos, procesos de transformación química y procesos
biológicos.
a.
Procesos físicos
Los procesos físicos incluyen técnicas para la separación de fases y/o
componentes del residuo, basadas en el asentamiento de fases por
efecto gravitacional y por las diferentes características del residuo. Los
métodos físicos suelen ser clasificados como técnicas de
pretratamiento, ya que en muchos casos favorecen la acción posterior
de otra tecnología, de principio diferente. Dentro de esta categoría, las
operaciones más empleadas son: flotación, sedimentación, filtración y
centrifugación.
Debido a que los principios en los que se fundamentan la flotación y la
sedimentación para el tratamiento de desechos sólidos son los mismos
a los utilizados para el tratamiento de efluentes, sólo se explicará el
funcionamiento de la filtración y la centrifugación.
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•
Filtración
El principio de funcionamiento es igual que para el tratamiento de
efluentes; pero en el caso de los residuos sólidos, la filtración es de
utilidad para: a) clarificación de corrientes acuosas, con
concentraciones de partículas suspendidas menores de 100 ppm y b)
eliminación o separación de líquidos de suspensiones o lodos con un
porcentaje de sólidos entre 1 y 30%. En este último caso, el propósito
es concentrar los sólidos en una especie de pasta para reducir el
volumen del residuo y reutilizarlo (siempre que sea posible) o
disponerlo de forma adecuada.
Existen numerosos tipos de filtros para diversas aplicaciones, sin
embargo, para la concentración de sólidos de lodos y, en general, para
sistemas de control de sólidos se utiliza mayormente el filtro de banda,
aunque también son comunes los filtros prensa y de vacío.
Los filtros de banda son equipos de operación continua, donde la
formación de la torta depende de la acción de la gravedad y de la
compresión mecánica de las superficies móviles porosas (bandas). Tal
como se muestra en la Figura. 5.4.9, el proceso se inicia con la
alimentación del residuo o lodo, el cual pasa por una banda
transportadora de textura porosa, donde por efecto de la gravedad
ocurre la separación de las fases líquida y sólida. El líquido filtrado
pasa a través de la banda porosa, colectándose en unas bandejas. Los
sólidos son transportados por la banda hasta la zona de presión donde
se ponen en contacto con otra banda para facilitar su transporte a la
zona de compresión. En esta zona, las bandas pasan por una serie de
rodillos, que exprimen el lodo permitiendo aumentar su contenido de
sólidos hasta un valor de 95%. Por último, el lodo es llevado a la zona
de descarga, donde es removido de la banda. En esta zona también se
realiza el lavado de la banda, mediante la aplicación de agua a presión,
con el fin de eliminar las obstrucciones en los poros.
FIGURA 5.4.9 ESQUEMA DE UN FILTRO DE BANDAS.
Fuente: Norma PDVSA MDP – 09 – RS – 03
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•
Centrifugación
Las centrífugas son equipos que separan mezclas sólido-líquido
mediante la influencia de la fuerza centrífuga, la cual es típicamente
entre 50 y 300 veces la fuerza ejercida por la gravedad.
Existe una gran variedad de equipos para diversas aplicaciones de
centrifugación en la industria, tales como las centrífugas de cámara
sólida, tubular y tipo disco, entre otras, pero en todos estos equipos los
componentes básicos son: la cámara rotatoria donde se aloja el
sistema heterogéneo que se desea separar, la entrada para la
alimentación a la cámara, la salida para retirar los materiales
separados, el eje de rotación, el sistema que impulsa el eje de rotación
(motor) y la carcasa.
Las centrífugas para aplicaciones industriales varían en capacidades
de carga, entre 50 y 30.000 gal/h, con concentraciones de sólidos
variables, según el tipo de centrífuga a emplear. Sin embargo, para la
concentración de sólidos de lodos, el equipo más comúnmente
utilizado es la centrífuga de cámara sólida, cilíndrico-cónica, de
transportador helicoidal. En la Figura 5.4.10 se presenta un diagrama
de este tipo de equipo.
La centrífuga consiste en una cámara que puede ser cónica, cilíndrica,
o una combinación de ambas. La fuerza centrífuga hace que la
superficie del líquido sea esencialmente paralela al eje de rotación,
tanto si es horizontal como vertical. Los orificios de descarga de
sólidos, localizados a un extremo de la cámara, son normalmente de
radio menor que los orificios de descarga de líquido que se encuentran
al otro extremo. Los sólidos pesados se sedimentan contra las paredes
y se transportan en forma continua hasta el extremo del recipiente,
mediante un transportador helicoidal que se extiende por toda su
longitud.
FIGURA 5.4.10 ESQUEMA DE UN FILTRO DE BANDAS.
Fuente: Norma PDVSA MDP – 09 – RS – 03.
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b.
Tratamientos químicos
El tratamiento químico persigue la transformación, por medio de
reacciones, de las propiedades del residuo. Los métodos más
utilizados abarcan la adición de reactivos que favorecen la
transformación de sustancias peligrosas o contaminantes en
sustancias manejables. Las técnicas más empleadas son: precipitación
y neutralización (explicada anteriormente). De acuerdo con la literatura,
entre las transformaciones químicas se pueden incluir las técnicas de
manejo de residuos con la aplicación de calor, es decir, los procesos
conocidos como manejo térmico.
En este tipo de procesos las reacciones principales son reacciones de
combustión (oxidación térmica) para la transformación de residuos de
naturaleza orgánica o inorgánica en sólidos de mucho menor volumen
(cenizas) y gases. Las técnicas de mayor uso para el manejo de
residuos en esta categoría son la incineración y el empleo de residuos
como combustible en la fabricación de cemento. Entre los tratamientos
químicos también se considera la estabilización/solidificación, ya que
involucra la adición de agentes al residuo para mejorar las condiciones
de su manejo.
•
Precipitación
La precipitación es un proceso físico químico donde algunos o todos
los componentes de una solución son transformados a la fase sólida,
por medio de la alteración del equilibrio químico que determina la
solubilidad de las especies. El ejemplo más conocido de precipitación
es la remoción de metales (zinc, cadmio, cromo, cobre, plomo,
manganeso y mercurio) en forma de hidróxidos insolubles que son
separados mediante técnicas de separación sólido-líquido. También se
puede emplear precipitación para separar fosfatos, sulfuros y fluoruros.
El agente precipitante más común es el hidróxido de calcio (cal), sin
embargo, los metales también pueden precipitar como sulfuros y
carbonatos.
•
Incineración
La incineración como técnica de tratamiento de residuos sólidos ha
sido favorecida mundialmente sobre otras técnicas por la alta eficiencia
demostrada en la destrucción de compuestos orgánicos y la
minimización del volumen de residuo con requerimientos de disposición
posterior. La incorporación de dispositivos para la recuperación de la
energía generada y la potencial utilización dentro de los procesos
industriales han impulsado su implantación.
El proceso consiste básicamente en la combustión de residuos con las
opciones de recuperar o no la energía generada. Se han utilizado
extensivamente diversos equipos para la incineración, entre los cuales
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los más usuales son: hornos rotativos, lechos fluidizados, hornos de
inyección líquida y calderas industriales.
Un aspecto de particular importancia dentro de esta opción, es lo que
se refiere a los equipos de control de emisiones atmosféricas
asociados al incinerador. Se deben considerar los equipos de control
de material particulado y contaminantes gaseosos, especialmente los
compuestos de nitrógeno (NOx) y de azufre (SOx).
Por otro lado, dentro de la categoría de incineración como técnica de
manejo de residuos, éstos pueden convertirse en fuente suplementaria
de combustible para hornos de las industrias de fabricación de
cemento. Las características de los hornos de cemento que favorecen
su uso para la destrucción de residuos incluyen:
-
La temperatura (1650°C) y el tiempo de residencia del gas de
combustión (2 – 5 s) exceden los intervalos exigidos en
incineradores para residuos;
-
Las condiciones de operación alcalina favorecen la neutralización
de compuestos ácidos;
-
La ceniza acumulada en el fondo del horno es incorporada al
producto (clinker), eliminando la necesidad de disposición final del
residuo;
-
Los altos requerimientos de combustible ofrecen potencial para la
disposición de importantes volúmenes de residuos;
-
Debido al gran tamaño y capacidad de los hornos, éstos presentan
estabilidad térmica, minimizando el impacto de posibles
variaciones que afecten la calidad del producto.
•
Estabilización / Solidificación
Esta técnica se basa en el uso de aditivos para reducir la movilidad de
los contaminantes, haciendo que el residuo pueda disponerse temporal
o finalmente de manera segura. A pesar de que los términos
estabilización y solidificación se utilizan sin distinción, representan
conceptos diferentes para el tratamiento de residuos. La solidificación
se refiere a la producción de una sustancia sólida monolítica con
integridad estructural suficiente como para ser transportada en piezas
de tamaño conveniente, sin requerir un contenedor secundario. La
estabilización, también conocida como fijación química, se refiere a la
inmovilización de las sustancias tóxicas o peligrosas del residuo,
mediante reacciones químicas para formar compuestos insolubles de
estructuras cristalinas estables. Como resultado, se limita la solubilidad
de los compuestos tóxicos, lo que constituye la detoxificación del
residuo.
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Los sistemas de estabilización / solidificación pueden agruparse en las
siguientes clases:
-
Solidificación mediante la adición de cemento;
-
Solidificación mediante la adición de cal u otro material
pozzolánico;
-
Envoltura mediante materiales termoplásticos (microencapsulación
y macroencapsulación);
-
Tratamiento del residuo para producir un producto de
características cementantes, con adición de otros constituyentes;
-
Formación de sustancias vidriosas por la fusión con sílice.
Los primeros dos métodos son los más empleados, siendo apropiados
para la mayoría de los residuos inorgánicos. Los costos de las demás
técnicas señaladas son altos y son empleadas más que todo para
residuos problemáticos debido a sus altos contenidos de sustancias
orgánicas, tóxicas, radioactivas y corrosivas.
•
Landspreading
Esta técnica está dirigida principalmente a la reducción del contenido
de compuestos inorgánicos del residuo, que eventualmente puede
tener un contenido de compuestos orgánicos no superior al 1%. El
tratamiento se realiza mediante la aplicación inicial en el suelo del
residuo y agua, y no se realizan actividades de aireación ni irrigación
posteriores. Esto quiere decir que la degradación de compuestos
inorgánicos y orgánicos se logra por la capacidad del suelo en las
condiciones naturales, donde las modificaciones iniciales no son
seguidas por intervenciones periódicas sucesivas.
c.
Tratamientos biológicos
Los tratamientos biológicos tienen como finalidad la degradación de los
compuestos
orgánicos
contaminantes
para
que
alcancen
concentraciones bajas, casi no detectables o por lo menos
concentraciones por debajo de las establecidas por las regulaciones
vigentes, consideradas como aceptables o seguras.
Las técnicas de tratamiento convierten los compuestos orgánicos
contaminantes en sustancias manejables, como CO2 y agua (H2O).
Para el caso de la industria petrolera, las técnicas más utilizadas son:
tratamiento sobre terreno o landfarming, compostaje o composting,
biopilas, biorreactores y digestión aeróbica y anaeróbica.
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•
Tratamiento sobre terreno o “Landfarming”
Consisten en la incorporación controlada de residuos en la zona
superficial del suelo, la cual difiere de los rellenos en que la capacidad
de asimilación del suelo se emplea para detoxificar, inmovilizar y
degradar una parte o todo el residuo incorporado. En principio este
método es considerado como un método de tratamiento, ya que resulta
en la degradación química y biológica de los constituyentes orgánicos
del residuo y en la inmovilización de los constituyentes inorgánicos. Sin
embargo, también es considerado método de disposición final, debido
a que tanto los residuos originales como otros subproductos del
tratamiento permanecen en el sitio.
Los residuos que van a experimentar el tratamiento sobre el terreno se
aplican uniformemente sobre la superficie, extendiéndolos e
inyectándolos justo por debajo de la misma.
Este tipo de tratamiento también involucra la transformación de otros
constituyentes del residuo. Los sólidos en suspensión son
transformados por sedimentación física y filtración sobre el suelo,
mientras que con los metales pesados se produce su adsorción sobre
las partículas del suelo, precipitación e intercambio iónico.
Cuando el contenido de fracciones de hidrocarburos biodegradables
(compuestos saturados y aromáticos) está entre 1 – 10% y la
volatilización y la lixiviación de contaminantes peligrosos son bajas, se
aplica la técnica de biotratamiento en suelos, mientras que en casos de
residuos de muy baja toxicidad, con contenido de hidrocarburos
biodegradables menor al 1%, se aplica la técnica del landspreading, la
cual se describió con anterioridad en la sección de tratamientos
químicos.
En lo que a tratamiento biológico de suelos se refiere, los factores que
influyen en el proceso de degradación son:
− pH: para el crecimiento adecuado u óptimo de microorganismos en
el suelo es cercano a 7, pero con valores entre 6 y 8 son generalmente
adecuados;
− Contenido de humedad: deberá estar comprendido entre el 30% y
90% de la capacidad de retención de agua en el suelo. La presencia de
agua en exceso (saturación) reduce el oxígeno disponible provocando
un retardo en la degradación del compuesto;
− Temperatura: es un factor importante que controla la actividad de
los microorganismos. Generalmente, la máxima actividad de
microorganismos en el suelo ocurre a temperaturas entre 20 y 40 °C;
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− Nutrientes: los microorganismos presentes en el suelo básicamente
necesitan los mismos nutrientes que las plantas para su crecimiento.
Entre estos se encuentra el nitrógeno inorgánico el cual al escasear
disminuye la tasa de degradación. Esta acción puede modificarse
mediante la adición de nutrientes que contengan nitrógeno y otros
elementos tales como fósforo, azufre y potasio. La proporción
Carbono:Nitrógeno:Fósforo debe ser de 100:10:1 respectivamente;
− Unidades formadoras de colonias (UFC): Necesidad de una
densidad de poblaciones microbianas de aproximadamente 1.000
UFC/gramo de suelo;
− Concentración del contaminante: Los hidrocarburos deben ser
preferiblemente no halogenados y deben encontrarse en el suelo en
concentraciones menores entre el 1 y 10% en volumen. El Decreto
2.635 establece que la concentración de estos elementos no deben
sobrepasar estos valores.
•
Compostaje o “Composting”
La técnica permite la degradación de los compuestos orgánicos a
material húmico para su utilización como acondicionador de suelos. La
degradación tiene lugar en forma aeróbica a elevadas temperaturas (50
– 75°C) que se logran de manera natural, dado que el proceso es
exotérmico. Se recomienda la técnica para residuos con altas
concentraciones de materia orgánica, sin embargo, para residuos que
no contienen una concentración suficientemente elevada de sustancias
orgánicas, se puede realizar el compostaje mezclando una pequeña
cantidad del residuo con sólidos altamente biodegradables y con
agentes que mejoran la textura, soporte estructural y permeabilidad del
aire.
La mezcla de residuos y sustancias orgánicas se colocan en grandes
pilas o montones de aproximadamente 1,5 m de alto y de 2 a 3 m de
ancho (esto puede variar de acuerdo con las características físicas y
estructurales de las partículas del material sólido y a los equipos
utilizados).
Por el lado positivo, esta técnica posee costos de capital y
operacionales menores a los de otros tratamientos (por ejemplo,
incineración) y requiere menos espacio físico que el landfarming. Sin
embargo, por el lado negativo se tiene que se requiere un
acondicionamiento del residuo previo al compostaje y además se
necesita un mecanismo de aislamiento del suelo donde se aplica la
técnica.
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•
Biopilas
Físicamente la configuración de las pilas es muy similar a la de las
hileras o montones para compostaje de residuos. La diferencia radica
en el sistema de aireación: las pilas no son volteadas; en su lugar se
provee un sistema de aireación forzada, tal como un sistema de
tuberías perforado sobre el cual se encuentra la pila y al cual se
suministra aire por medio de un ventilador o un compresor.
•
Biorreactores
La técnica de reactores cerrados o biorreactores permite controlar los
factores abióticos, como oxigenación, nutrientes, pH y humedad, con la
finalidad de optimizar la degradación biológica, además de controlar las
emisiones mediante sistemas de recolección o extracción de aire.
Esta técnica contempla el uso de contenedores o recipientes donde se
aloja la mezcla de residuo y materia orgánica. El énfasis mayor en el
diseño de estos reactores es el mecanismo de aireación, que se basa
tanto en la agitación de partículas sólidas como en la inducción del flujo
de aire. El uso de biorreactores permite eliminar las pérdidas por
lixiviación de metales y compuestos orgánicos, que puedan
presentarse en un proceso de biodegradación en suelo.
•
Digestión aeróbica y anaeróbica
De acuerdo con la disponibilidad de oxígeno para el proceso de
degradación se tienen dos tipos de procesos, llamados de forma
general digestión aeróbica y digestión anaeróbica.
La digestión aeróbica consiste en la aireación de residuos en
reservorios abiertos, para favorecer la ruptura y transformación de la
materia orgánica a través de la actividad metabólica de los
microorganismos, en presencia de oxígeno. La composición del residuo
puede variar, pero es de esperar que contenga una gran variedad de
elementos tales como carbono, hidrógeno, nitrógeno y azufre. De
acuerdo con la capacidad de síntesis de los microorganismos, es
necesario proveer compuestos inorgánicos y pequeñas cantidades de
metales como hierro y magnesio. Entre los factores que se deben
considerar para el diseño están: biodegradabilidad, temperatura,
humedad, pH y efecto de los compuestos tóxicos y no tóxicos, tanto
orgánicos como inorgánicos.
La digestión anaeróbica es un proceso secuencial en el cual las
moléculas complejas de hidrocarburos son convertidas en moléculas
más simples y, eventualmente, en dióxido de carbono y metano, en
ausencia de oxígeno libre. La destrucción por pasos de las moléculas
se logra mediante la acción de microorganismos específicos, que a
través de sus procesos metabólicos como respiración, crecimiento y
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reproducción, obtienen la energía de los hidrocarburos. Estos procesos
son catalizados por enzimas que dependen de un balance en la
población de microorganismos y las condiciones de proceso.
La digestión anaeróbica presenta ciertas ventajas comparada con el
caso aeróbico: los costos asociados a los mecanismos de aireación no
están presentes, ya que no se introduce aire (oxígeno) al sistema, la
generación de materia sólida por parte de las células biológicas es casi
20 veces menor, se pueden alcanzar altas tasas de reducción de
compuestos orgánicos, el metano producido puede ser utilizado como
fuente de energía en reacciones de combustión o puede reportar
beneficios mediante su comercialización.
Al igual que en el caso de la digestión aeróbica, existen varios factores
que deben controlarse para mantener las condiciones adecuadas que
garanticen el balance entre las poblaciones de microorganismos. Entre
estos factores se encuentran: concentración de compuestos orgánicos,
temperatura y pH.
La digestión anaeróbica, comparada con la aeróbica, puede ser una
alternativa particularmente beneficiosa en los siguientes casos:
-
Cuando el contenido orgánico de los residuos es muy alto, lo que
determina que el tratamiento a través de la digestión aeróbica sea
muy caro;
-
Cuando la degradación de los residuos mediante tratamiento
aeróbico genera una cantidad significativa de sólidos o lodos, los
cuales deben ser dispuestos de forma temporal o final;
-
Cuando se requiere tratamiento de residuos que contienen
moléculas cloradas que en las condiciones requeridas por la
digestión aeróbica sería un proceso muy lento o poco probable de
tener éxito. Ciertos microorganismos anaeróbicos pueden
deshalogenar moléculas que raramente serían atacadas por
microorganismos aeróbicos.
5.4.2. METODOLOGÍA DE EVALUACIÓN DE TECNOLOGÍAS
En esta sección, se describe la metodología empleada para evaluar y
jerarquizar las tecnologías previamente identificadas para el tratamiento
completo del afluente.
El método de evaluación está basado en la elaboración de una matriz, la cual
incluye aspectos técnicos, económicos y ambientales y sus respectivas
variables para cada aspecto considerado. Dicha matriz está fundamentada en
el método de suma ponderada, el cual consiste en realizar un análisis
comparativo que permite medir y jerarquizar cualitativamente las ventajas y
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desventajas que, desde los puntos de vista establecidos, ofrece cada una de
las tecnologías. En el momento de realizar la matriz se debe:
−
Establecer las categorías o aspectos que se tomarán en consideración
para la evaluación en la matriz a diseñar; estas categorías incluyen
aspectos técnicos, ambientales y económicos;
−
Definir los criterios más relevantes asociados a las variables implícitas en
cada tecnología;
−
Valorar las variables mediante la aplicación de factores de peso
distribuidos sobre una base del 100%;
−
Evaluar en término de Alta, Media y Baja, asignando un valor de 5 o Alta
para la condición favorable; un valor de 3 o Media, para la condición
medianamente favorable y un valor de 1 o Baja, para la condición
desfavorable. La opción con la mayor puntuación representará la más
favorable; por ende, la tecnología seleccionada.
5.4.2.1.
CRITERIOS DE EVALUACIÓN Y VALORACIÓN
Los criterios a tomar en cuenta cuando se realiza la evaluación de un
conjunto de tecnologías disponibles, dependen de las características
que se consideren importantes para la realización de un proyecto
determinado. A continuación se presenta la descripción de los criterios
más comunes para los aspectos: Técnicos, Ambientales y Económicos.
Sin embargo, es importante resaltar que estos criterios pueden ser
modificados con el fin de adaptarlos mejor a las necesidades del
proyecto.
También es importante mencionar que, a modo de ejemplo, se le
asignaron valores o porcentajes a los parámetros de evaluación, sin
embargo, estos pueden ser modificados para ajustarlos al proyecto en
desarrollo.
a. Aspectos Técnicos
Esta categoría incluye los aspectos asociados a las tecnologías de
tratamiento que permite establecer y comparar las ventajas y
desventajas de una tecnología con respecto a otra, desde el punto de
vista operacional y estratégico.
•
Eficiencia
Para evaluar la eficiencia de la tecnología se definen tres elementos:
-
Porcentaje de reducción del volumen de desecho:
Representa la potencialidad de la tecnología para reducir el volumen
de desechos y/o materiales peligrosos. La tecnología más favorable
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es aquella que logre reducir en mayor porcentaje el volumen inicial del
residuo.
La asignación de peso se define como sigue:
-
Baja ó 1:
Reducción menor del 50% del volumen inicial del
residuo;
Media ó 3:
entre 50% y 80%;
Alta ó 5:
mayor de 80%.
Capacidad de manejo de volúmenes de desechos generados:
Representa la capacidad de la tecnología para recibir y procesar los
desechos y/o materiales recuperables. La tecnología más favorable
será aquella que pueda manejar la mayor cantidad de residuos en
términos de volumen.
La asignación de peso se define como sigue:
-
Baja ó 1:
Manejo menor del 50% de los residuos;
Media ó 3:
entre 50% y 80%;
Alta ó 5:
mayor de 80%.
Diversidad de manejo de desechos:
Representa la flexibilidad de la tecnología para manejar distintos tipos
desechos y/o materiales recuperables. La tecnología más favorable
será aquella que pueda manejar la mayor diversidad de residuos.
Baja ó 1:
< 2 residuos;
Media ó 3:
entre 3 y 4 residuos;
Alta ó 5:
mayor de 5 residuos.
• Complejidad
Los elementos de la complejidad se describen seguidamente:
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-
Operatividad:
Representa los aspectos relacionados con la operación de la
tecnología. Incluye la diversidad de equipos requeridos, las
características del proceso (continuo, por carga) y su control, cantidad
de personas requeridas, grado de instrucción y nivel del
entrenamiento requerido de los operadores. La tecnología más
favorable es aquella que tenga bajo requerimiento de personal y
número de equipos y cuyo proceso sea sencillo. Se establecen tres
categorías para la asignación del peso:
-
Baja ó 1:
Alto requerimiento de personal y número de equipos,
proceso complejo;
Media ó 3:
Requerimiento medio de personal y número de equipos,
proceso medianamente complejo;
Alta ó 5:
Bajo requerimiento de personal y número de equipos,
proceso sencillo.
Requerimientos de sistemas de control ambiental:
Corresponde a los requerimientos de sistemas de control ambiental
en la tecnología para el manejo de corrientes residuales. La
tecnología más favorable es aquella que no requiere sistemas de
control de emisiones, efluentes o desechos. Se establecen tres
categorías para la asignación del peso:
-
Baja ó 1:
Alto requerimiento de
corrientes generadas);
control
ambiental
(para
3
Media ó 3:
Requerimiento medio de control ambiental (para al
menos 1 ó 2 corrientes generadas);
Alta ó 5:
No hay requerimientos de tratamiento de los desechos
generados.
Madurez de la tecnología:
Considera el tiempo de uso de la tecnología en el mercado
internacional y su comprobada eficiencia a distintas escalas de
funcionamiento. La tecnología más favorable es aquella que haya sido
utilizada extensivamente con un éxito comprobado durante mucho
tiempo. Se establecen tres categorías para la asignación del peso:
Baja ó 1:
Menor de 5 años en el mercado internacional y poco
usada;
Media ó 3:
Entre 5-14 años en el mercado y medianamente usada;
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Alta ó 5:
-
Más de 15 años en el mercado y ampliamente usada.
Facilidad de construcción y/o instalación:
Referida a la forma de instalación de las facilidades operacionales de
la tecnología (si es modular o si se requiere ensamblar), espacio
requerido, transporte, requerimiento de equipos especiales (grúas),
facilidad para adquirir los insumos requeridos, entre otros. La
tecnología más favorable es aquella que no requiera equipos
especiales. Se establecen tres categorías para la asignación del peso:
-
Baja ó 1:
Construcción compleja y alto requerimiento de
espacio;
Media ó 3:
Construcción
medianamente
compleja
requerimiento moderado de espacio;
Alta ó 5:
Fácil construcción (modulares, fácil transporte) y poco
requerimiento de espacio.
y
Mantenibilidad:
Referida a la complejidad del mantenimiento: facilidad para realizarlo,
equipos y repuestos empleados, recursos humanos (número de
personas requerido, grado de instrucción y calidad del entrenamiento
de los mantenedores), confiabilidad de los equipos utilizados por la
opción, lo cual redundará en una tasa de falla menor. La tecnología
más favorable es aquella que requiera el menor mantenimiento y que
cuando se realice emplee equipos y repuestos de fácil adquisición,
utilice la menor cantidad de personas y requiera el menor nivel de
especialización del personal. Se establecen tres categorías para la
asignación del peso:
Baja ó 1:
Alta tasa de falla y de mantenimiento complejo. Alto
requerimiento de personal y nivel de especialización
para dar mantenimiento;
Media ó 3
Moderada tasa de falla y moderado mantenimiento.
Requerimiento moderado de personal y nivel de
especialización para dar mantenimiento;
Alta ó 5:
Baja tasa de falla y de fácil mantenimiento. Bajo
requerimiento de personal y nivel de especialización
para dar mantenimiento.
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-
Requerimiento de pre-tratamiento de los desechos:
Corresponde a la necesidad de realizar un tratamiento previo a los
desechos y/o materiales recuperables antes de incorporarlos a la
tecnología. La tecnología más favorable es aquella que no requiera
pre-tratamiento de la corriente residual. Se establecen tres categorías
para la asignación del peso:
Baja ó 1:
Altos requerimientos de pre-tratamiento;
Media ó 3:
Moderado requerimiento de pre-tratamiento;
Alta ó 5
Sin o mínimos requerimientos de pre-tratamiento.
• Servicios requeridos
Se refiere a la necesidad de emplear servicios básicos tales como:
agua, energía eléctrica y vapor para el arranque y operación de la
tecnología evaluada. La tecnología más favorable es aquella que no
requiera o que sean mínimos los requerimientos de servicios. Los
“servicios requeridos” constan de un solo elemento y puede ser
evaluado como se describe seguidamente:
Baja ó 1:
Alto requerimiento de servicios, tasa de falla y de
mantenimiento complejo;
Media ó 3:
Moderado requerimiento de servicios;
Alta ó 5
Bajo ó ningún requerimiento de servicios.
• Requerimiento de insumos y/o aditivos químicos
Este aspecto está relacionado a la necesidad que tiene una
determinada tecnología de la utilización de ciertos insumos o aditivos
químicos para poder funcionar adecuadamente. La tecnología más
favorable es aquella que tenga un requerimiento mínimo o nulo de
insumos y/o productos químicos. En el caso de que todas las
tecnologías evaluadas tengan requerimientos de insumos, la más
favorable será la que utilice el insumo con el menor costo en el
mercado. Este aspecto puede ser evaluado de la siguiente manera:
Baja ó 1:
Alto requerimiento de insumos y aditivos químicos;
Media ó 3:
Moderado requerimiento de insumos y/o aditivos
químicos;
Alta ó 5
Bajo ó ningún requerimiento de insumos y/o aditivos
químicos.
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En la Tabla 5.4.6 se presentan algunas tecnologías y el tipo de insumo
que requieren las mismas.
TABLA 5.4.6. INSUMOS REQUERIDOS POR ALGUNAS TECNOLOGÍAS
PARA EL TRATAMIENTO DE AFLUENTES Y DESECHOS SÓLIDOS.
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
Materia
Orgánica
Ácido (Sulfúrico
o Clorhídrico)
Cal hidratada
(cal viva)
Floculante
Coagulante
Fosfato
Diamónico
x
Soda Cáustica
Neutralización
Esparcimiento
Bioremedación
DAF
Centrifugación
Floculación
Coagulación
Cloración
Urea
Proceso de
Tratamiento
Cloro
INSUMOS
X
x
x
x
x
x
x
x
Fuente: Elaboración propia.
b. Aspectos Ambientales
En este criterio se consideró el análisis del potencial de afectación
relativa al ambiente que las tecnologías identificadas puedan contribuir
en los componentes agua, aire y suelo, debido a la generación de
efluentes, emisiones atmosféricas y residuos sólidos.
•
Emisiones atmosféricas generadas por el uso de la tecnología
y potencial impacto sobre el aire.
Referido a la potencialidad que tiene la tecnología de generar
emisiones atmosféricas ya sea en forma de emisiones visibles, olores u
otro tipo y que sean susceptibles de alterar la calidad del aire. Con este
criterio se analizan dos aspectos asociados como son el potencial de
generación de emisiones y el requerimiento de equipos de control:
-
Generación de emisiones:
La tecnología más favorable es aquella que no genera emisiones
atmosféricas. Se establecieron los siguientes índices para ponderar
este criterio:
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Baja ó 1:
Condición
desfavorable,
generan
emisiones
atmosféricas cuyo valor supera los límites establecidos
por la legislación ambiental vigente;
Media ó 3:
Medianamente
favorable;
generan
emisiones
atmosféricas que no superan valores establecidos por
la legislación ambiental vigente;
Alta ó 5
Condición más favorable,
emisiones atmosféricas.
-
la opción no genera
Tratamiento de emisiones generadas:
En caso de existir emisiones atmosféricas, la tecnología más favorable
será aquella que requiera del uso de equipos sencillos, disponibles en
el país, de bajo costo y mantenimiento para su tratamiento. Se
establecieron los siguientes índices para ponderar este criterio:
Baja ó 1:
Requiere equipos especiales o de alto costo para el
control de emisiones;
Media ó 3:
Requiere equipos sencillos, de bajo costo
mantenimiento para el control de emisiones;
Alta ó 5
No requiere equipos de control de emisión.
•
y
Vertidos líquidos generados por el uso de la tecnología y
potencial impacto sobre cuerpos de agua
Referido a la potencialidad de la tecnología de generar efluentes
líquidos considerando su volumen, frecuencia, características,
conjuntamente con el potencial de alteración de la calidad de cuerpos
de agua cercanos donde sea descargado el efluente. Los elementos de
vertidos líquidos se describen seguidamente:
-
Generación de vertidos líquidos:
La tecnología más favorable es aquella que no genera efluentes. Se
establecieron los siguientes índices para ponderar este criterio:
Baja ó 1:
Condición desfavorable, se generan efluentes líquidos
cuya composición supera los límites establecidos en
la legislación ambiental vigente;
Media ó 3:
Condición medianamente favorable, se generan
efluentes líquidos cuya composición es inferior a la
establecida por la legislación vigente;
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Alta ó 5:
Condición más favorable, la opción no genera
efluentes líquidos.
- Tratamiento de vertidos líquidos generados:
En caso de haber vertidos líquidos, la tecnología más favorable será
aquella que requiera del uso de equipos sencillos, disponibles en el
país, de bajo costo y mantenimiento para su tratamiento. Se
establecieron los siguientes índices para ponderar este criterio:
Baja ó 1:
Condición desfavorable, se requiere de tratamientos
especiales o de costos elevados para el tratamiento del
vertido líquido;
Media ó 3:
Condición medianamente favorable,
manejados con facilidad en la PTEI;
Alta ó 5:
Condición más favorable, la opción no requiere de
sistemas de tratamiento de aguas.
•
pueden
ser
Desechos generados por el uso de la opción y potencial
impacto sobre el ambiente
Referido a la posibilidad o no, que tiene la tecnología de generar
desechos sólidos, así como el potencial de peligrosidad que
representan los mismos. El criterio considera la posibilidad de
afectación que los desechos pudieran tener sobre las condiciones
ambientales donde se implanten. Se consideran como elementos
claves: la tasa de generación, frecuencia, características de
peligrosidad y clase de riesgo.
-
Generación de desechos:
La tecnología más favorable es aquella que no genera desechos. Se
establecieron los siguientes índices para ponderar este criterio:
Baja ó 1:
Condición desfavorable; alta generación de desechos,
con alto potencial de peligrosidad;
Media ó 3:
Condición medianamente favorable; hay baja
generación de desechos, con un bajo potencial de
peligrosidad;
Alta ó 5:
Condición más favorable, la opción no genera
desechos.
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-
Manejo de desechos generados:
En caso de haber producción de desechos sólidos, la tecnología más
favorable será aquella que requiera del uso de equipos sencillos,
disponibles en el país, de bajo costo y mantenimiento para su
tratamiento. Se establecieron los siguientes índices para ponderar
este criterio:
Baja ó 1:
Condición desfavorable, se requieren equipos o
sistemas especiales o de alto costo para su
tratamiento;
Media ó 3:
Condición medianamente favorable, se requieren
equipos sencillos y de bajo costo para su tratamiento;
Alta ó 5:
No requiere de sistemas de tratamiento y no tienen
impacto sobre el suelo.
c. Aspectos Económicos
En este criterio se consideran los costos requeridos por inversión de la
tecnología (diseño y construcción), los costos de operación y
mantenimiento que requerirá la misma y los costos de transporte. La
tecnología más favorable desde el punto de vista económico, es
aquella que tenga los menores costos de inversión, menores costos de
operación y mantenimiento.
5.4.3. EVALUACIÓN Y SELECCIÓN FINAL DE TECNOLOGÍAS
Una vez que se conocen las tecnologías disponibles para el tratamiento
completo del efluente y se han establecido criterios claros para la evaluación
de las mismas, se procede a elaborar la matriz ponderada de multicriterios. Se
analiza cada tecnología y se le asigna una calificación de acuerdo a cada uno
de los aspectos, la tecnología que obtenga el mayor puntaje, será la elegida
para el tratamiento de dicho efluente.
Empresas Y&V cuenta con una hoja de Excel denominada “Matriz de
evaluación de tecnologías” (C-ZZZ-XXXX). Esta hoja fue diseñada con los
criterios establecidos en la sección 4.3.2, a los cuales se les asignó una
ponderación porcentual tal como se muestra en la Tabla 5.4.7.
Sin embargo, dichos pesos porcentuales pueden ser modificados, ya que los
mismos deben ser definidos en conjunto con el cliente al momento de iniciar el
proyecto. Finalmente, sólo es necesario rellenar los campos donde se califica
cada categoría y la hoja arroja automáticamente la evaluación para cada una
de ellas.
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TABLA 5.4.7 PESOS PORCENTUALES ASIGNADOS A LAS CATEGORÍAS QUE
CONFORMAN LA MATRIZ DE EVALUACIÓN DE TECNOLOGÍAS.
Criterios de Evaluación
Aspectos Técnicos
Eficiencia
% Reducción del volumen de desecho
Capacidad de manejo de volúmenes de desecho
generados
Diversidad de manejo de desechos
Complejidad
Operatividad
Requerimientos del sistema de control
Madurez de la tecnología
Facilidades de construcción y/o instalación
Mantenibilidad
Requerimientos de pretratamiento de los desechos
Servicios requeridos
Requerimiento de insumos y/o aditivos químicos
Aspectos Ambientales
Emisiones a la atmósfera generadas por el uso de la
tecnología y potencial impacto sobre la calidad del aire
Generación de emisiones
Control de emisiones
Vertidos líquidos generados por el uso de la tecnología y
potencial de impacto sobre cuerpos de agua
Generación de vertidos líquidos
Control de vertidos líquidos
Desechos generados por el uso de la tecnología y
potencial de impacto sobre el suelo
Generación de desechos
Manejo de desechos generados
Aspectos Económicos
Ponderación %
35
20
25
35
40
50
20
10
10
20
20
20
15
15
35
35
60
40
30
60
40
35
60
40
30
Fuente: Elaboración propia.
5.5.
ELABORACIÓN DEL DIAGRAMA DE BLOQUES DEL PROCESO (DBP)
Una vez que se tienen seleccionadas las tecnologías a utilizar, es
recomendable elaborar un diagrama de bloque que contenga todos los
procesos de tratamiento seleccionados y dispuestos en el orden adecuado, las
corrientes de entrada y salida del sistema y una breve descripción de las
características principales de las corrientes involucradas en el tren de
tratamiento.
Es común utilizar el diagrama de bloques de proceso como una ilustración
esquemática de los procesos generales dentro de la planta. Los bloques o
rectángulos son usados para representar las operaciones unitarias principales.
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Los mismos se encuentran conectados por líneas rectas que representan las
corrientes de proceso entre dichas unidades. Estas corrientes pueden ser una
mezcla de líquidos, gases y sólidos que fluyen a través de tuberías o que
pueden ser trasladados por medio de cintas transportadoras.
Con el fin de preparar un diagrama de bloque claro y sencillo de comprender,
se deben seguir las normas que se listan a continuación:
-
Las operaciones unitarias como mezcladores, separadores, reactores,
columnas de destilación e intercambiadores de calor son usualmente
denotadas como un bloque simple o rectángulo;
-
Grupos de varias operaciones unitarias pueden ser denotadas como un
bloque único;
-
Las corrientes de proceso que entran y salen de los bloques deben ser
representadas con líneas rectas horizontales o verticales;
-
La dirección del flujo de cada operación unitaria debe estar claramente
indicada con flechas;
-
Las corrientes de procesos deben ser numeradas secuencialmente en un
orden lógico;
-
Los bloques representando operaciones unitarias
identificados con el nombre de dicha operación;
-
En lo posible, el diagrama debe ser organizado de manera que las
corrientes de proceso fluyan de izquierda a derecha.
deben
estar
El documento C-PC-04P “Diagramas de Bloques de Procesos” contiene el
procedimiento para la elaboración del diagrama de bloques de un proceso
según Empresas Y&V.
5.6.
ELABORACIÓN DEL BALANCE DE MASA
Con la información proporcionada por el cliente acerca del caudal de efluente
a tratar y sus características; las bases y criterios de diseño del proyecto, la
normativa legal y el funcionamiento y rendimiento de las tecnologías de
tratamiento seleccionado, se debe elaborar un balance de masa preliminar del
proceso global.
Este balance debe estar hecho tanto para condiciones de operación en caso
normal como en caso de flujo máximo y mínimo. Debe incluir identificación de
todas las corrientes, flujos másicos y volumétricos, constituyentes, estado
físico, condiciones de operación (temperatura y presión) y propiedades de los
fluidos (viscosidad, densidad, etc.) en las unidades establecidas al inicio del
proyecto.
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Para esto, Empresas Y&V cuenta con el documento C-PC-08P “Elaboración
de Balance de Masa y Energía” el cual comprende desde la recopilación de la
información necesaria para realizar el documento hasta su emisión final.
5.7.
ELABORACIÓN DE DIAGRAMAS COMPLEMENTARIOS
5.7.1. DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO (DFP)
El diagrama de flujo de proceso o DFP es una representación
esquemática usada comúnmente en ingeniería, para indicar el flujo
general de la planta de procesos y los equipos principales que la
conforman. Este tipo de diagrama muestra la relación existente entre
los equipos mayores, las condiciones de operación normal y de control
básico y los efluentes emanados del proceso, sin embargo, no muestra
tanto detalle en lo referente a unidades menores, tuberías, etc.
Un DFP debe incluir:
-
Símbolos de equipos mayores con sus respectivos nombres y
códigos de identificación;
-
Líneas principales de proceso con su composición, fase, flujo
másico y volumétrico, presión y temperatura.
-
Balance de masa;
-
Válvulas que afecten la operación del sistema;
-
Interconexiones con otros sistemas;
-
Líneas principales de recirculación;
-
Operación del sistema a condiciones de flujo normal, máximo y
mínimo así como condiciones de presión y temperatura;
-
Especificaciones de los equipos, una vez que se hayan diseñado.
Las reglas y símbolos utilizados para su elaboración varían de acuerdo
a los estándares utilizados, algunos de los que se encuentran
disponibles son:
-
PIP PIC001. “Piping and Instrumentation Diagram Documentation
Criteria”;
-
Norma PDVSA L – TP 1.1 “Preparación de Diagramas de
Procesos” (2009);
Empresas Y&V cuenta con el documento C-PC-05P “Elaboración de
Diagrama de Flujo de Procesos (DFP)” el cual contiene el
procedimiento para realizar el DFP de acuerdo a los lineamientos de
calidad de la compañía.
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5.7.2. DIAGRAMA DE FLUJO DE INSTRUMENTACIÓN Y TUBERÍAS (DTI)
Los diagramas de tuberías e instrumentación o DTI son una ilustración
esquemática de la relación funcional entre las tuberías, la
instrumentación y los equipos y componentes que conforman el
sistema. Los DTI tienen un nivel de detalle mayor al de DFP, puesto
que incluye los detalles del proceso, líneas principales, secundarias y
servicios requeridos para la operación normal, el arranque y parada, y
operaciones especiales seguras como por ejemplo paradas de
emergencia, despresurización de la planta, activación de catalizadores,
etc.
En este diagrama también se incorporan la información de detalle
mecánico de los equipos, tuberías (material, aislamiento) y válvulas,
así como toda la instrumentación asociada al proceso que garantice la
operación segura de la planta. En la fase de ingeniería de detalle, estos
diagramas requieren de un alto grado de precisión e información, ya
que constituyen la guía para las actividades de ingeniería, procura y
construcción de la planta.
Algunos de los puntos que debe incluir este diagrama son:
-
Instrumentación y su nomenclatura correspondiente;
-
Equipos mecánicos con sus nombres y códigos de identificación;
-
Todas las válvulas y su identificación;
-
Todas las tuberías de procesos, con su tamaño e identificación;
-
Elementos misceláneos como: ductos de ventilación, drenajes,
constrictores de tuberías, etc.;
-
Dirección del flujo;
-
Referencias a interconexiones;
-
Entradas y salidas de los lazos de control.
Empresas Y&V consta del documento C-PC-06P “Elaboración de
Diagrama de Tuberías e Instrumentación (DTI)” que contiene toda la
información necesaria para la elaboración adecuada de este tipo de
diagrama.
Si se trabaja con proyectos relacionados con PDVSA, se recomienda
consultar las siguientes normas:
-
Norma PDVSA L – TP 1.1 “Preparación de Diagramas de
Procesos” (2009);
-
Norma PDVSA L – TP 1.3 “Identificación y Numeración de
Tuberías”;
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-
5.8.
Norma PDVSA L – TP 1.10 “Emisión de Diagramas de Tuberías e
Instrumentación”.
DIMENSIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS
Para el dimensionamiento de los equipos del tren de tratamiento, Empresas
Y&V cuenta con hojas en Excel, cuyo procedimiento de cálculo se explica en
esta sección. La codificación de estas hojas se encuentra en los “Documentos
de Referencia” listados al final de este documento.
A fin de definir la temperatura y la presión de diseño de todos equipos, se hizo
uso de los criterios establecidos en la Norma PDVSA MDP-01-DP-10
“Temperatura y Presión de diseño”. Los mismos se presentan en las Tabla
5.8.1 y Tabla 5.8.2.
TABLA 5.8.1 TEMPERATURA DE DISEÑO.
Temperatura de operación, T
°F
T<0
0 < T < 750
T > 750
Temperatura de diseño, Td
°F
T – 30
T + 50
T
Fuente: Norma PDVSA MDP – 01 – DP – 01.
TABLA 5.8.2 PRESIÓN DE DISEÑO.
Presión de operación, P
[psi]
P < 35
35 < P < 250
250 < P < 580
580 < P < 1160
P > 1160
Presión de diseño, Pd
[psi]
50
Pd + 25 psi
Pd + 10%
Pd + 58 psi
Pd + 5%
Fuente: Norma PDVSA MDP – 01 – DP – 01.
El resto de los cálculos individuales de cada equipo se presentan a
continuación.
5.8.1. FOSA DE ACUMULACIÓN PREVIA “SURGE POND”
5.8.1.1.
DATOS NECESARIOS
La fosa de acumulación está diseñada de manera tal que pueda
contener todo el volumen de agua residual a tratar proveniente de la
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planta (incluso en condiciones de caudal máximo), como el agua de
lluvia recolectada en la zona. Como datos iniciales se requiere:
•
Presión de operación, P;
•
Temperatura de operación, T;
•
Flujo total de entrada del afluente, Qin;
•
Área superficial de la planta servida del sistema de drenajes para
el agua de lluvia, Asp;
•
Tipo de superficie donde está ubicada la planta (asfalto, concreto,
etc.) ;
•
Registro pluviométrico anual de la región donde está ubicada la
planta, Rp, es decir, la cantidad de agua de lluvia por unidad de
superficie que cae anualmente en la zona.
A su vez, también es necesario establecer ciertos criterios de diseño
para el procedimiento de cálculo:
•
Tiempo de acumulación de agua de lluvia, tA
Corresponde al tiempo durante el cual el agua de lluvia escurre por el
área superficial de la planta y es recolectada por el sistema de drenajes
de la misma para luego ser llevada a la fosa de recolección para ser
tratada con el resto de los efluentes. Este tiempo por lo general se
encuentra entre los 3 y los 5 min.
•
Factor de diseño, F
Puede ser expresado tanto en forma de porcentaje como en forma de
factor multiplicativo. El mismo funciona como factor de seguridad para
el dimensionamiento del volumen final de la fosa. Su valor depende de
las condiciones de diseño y los requisitos del cliente.
5.8.1.2.
DIMENSIONAMIENTO
a. Coeficiente de impermeabilidad del suelo, I
Se refiere a la capacidad de adsorción de agua que tiene el suelo, la
cual depende del material del que esté constituido el mismo. Materiales
con coeficientes cuyo valor es cercano a 1, tienen un alto nivel de
impermeabilidad por lo que el agua de lluvia, al caer, desliza sobre la
superficie en vez de percolar a través de la misma. En la Tabla 5.8.3 se
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presentan algunos de estos coeficientes para su respectivo tipo de
superficie.
TABLA 5.8.3 COEFICIENTE DE IMPERMEABILIDAD DEL SUELO.
Descripción
Industria liviana
Industria pesada
Pavimento de ladrillo
Pavimento de asfalto o
concreto
Mínimo
0,5
0,6
0,7
0,7
Máximo
0,8
0,9
0,85
0,95
Promedio
0,65
0,75
0,78
0,83
Fuente: Hicks, 2004.
b. Tasa de lluvia por hora, RL
Se refiere a la altura de agua de lluvia acumulada por hora. Para
obtenerla, simplemente se convierte el valor del registro anual
(milímetros o pulgadas de lluvia al año) de forma tal que se obtenga la
altura de agua acumulada por hora, tal como se muestra en la
Ecuación 5.8.1.
RL =
Rp
8760 horas
(5.8.1)
día
c. Caudal de agua de lluvia, QL
Para obtener este valor se empleó el Método Racional el cual utiliza la
siguiente relación:
QL = Asp ⋅ RL ⋅ I
(5.8.2)
Donde QL es caudal de agua de lluvia [ft3/s], Asp es el área de la planta
servida por la red de drenajes [acres], I es el coeficiente de
impermeabilidad del suelo y RL es la tasa de lluvia por hora [in/h].
d. Volumen de agua de lluvia, VL
Este valor viene dado por el caudal de lluvia y el tiempo de
acumulación de la misma, tal como se expresa a continuación:
VL = QL ⋅ t A
(5.8.3)
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e. Volumen de agua residual de la planta, VWW
Por niveles de seguridad, la fosa debería tener la capacidad de
almacenar por lo menos 1 día del volumen de agua producida por la
planta de procesos. Dicho volumen de agua se calcula según:
Vww = Qin ⋅ 1día
f.
(5.8.4)
Volumen de la Fosa, V
El volumen total de la fosa es el resultante de la sumatoria de los
volúmenes de agua residual y agua de lluvia y la contribución del factor
de diseño.
V = (VL + Vww ) ⋅ F
(5.8.5)
5.8.2. SEPARADOR API
5.8.2.1.
DATOS NECESARIOS
Para el dimensionamiento del separador API será necesario contar
con la siguiente información:
•
Presión de operación, P;
•
Temperatura de operación, T;
•
Flujo de entrada, Qin;
•
Densidad del agua a la temperatura de operación, ρw;
•
Densidad de la mezcla de hidrocarburos, ρo;
•
Viscosidad absoluta del agua a la temperatura de operación, μw;
•
Radio equivalente promedio de las gotas de hidrocarburos, ro.
Además, es necesario establecer ciertos criterios de diseño los cuales
son requeridos para el procedimiento de cálculo:
•
Profundidad del separador, D
Para que los equipos mecánicos no originen muchas
perturbaciones sobre el proceso, la profundidad del tanque debe
estar comprendida en el rango de 3 a 8 ft (0,91 a 2,44 m).
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•
Ancho de canal, Wc
El ancho del canal queda limitado entre 6 y 20 ft (1,83 y 6,10 m).
•
Factor de corto circuito, Fcc
Este parámetro se puede asignar con libertad en la Hoja de
Cálculo. Sin embargo, la literatura recomienda un valor de 1,2.
•
Relación Profundidad – Ancho de canal (D/Wc)
El cociente de la profundidad con respecto al ancho de canal debe
estar comprendido entre 0,3 y 0,5.
•
Relación Largo – Ancho (L/Wc)
Para garantizar una buena separación, se recomienda que el
cociente entre el largo y el ancho del canal sea igual o superior a
5.
5.8.2.2.
DIMENSIONAMIENTO
a. Velocidad de ascenso de las gotas de hidrocarburo, vas
Para el cálculo de este parámetro, se puede utilizar la Ley de Stokes
(Ecuación 5.8.6).
2 gro ( ρ w − ρ o )
9µ w
2
v as =
(5.8.6)
Donde vas es la velocidad de ascenso de las gotas de aceite y g es la
aceleración de la gravedad; o la ecuación establecida en la Norma
PDVSA MDP – 09 – EF – 05 “Diseño Conceptual de Tecnologías de
Control de Efluentes” (Ecuación 5.8.7):
v as =
0,0241( S w − S o )
µw
(5.8.7)
Donde Sw y So son la gravedad específica del agua y del hidrocarburo
respectivamente. En esta ecuación se asume que el diámetro
promedio de la gota de hidrocarburo es 0,0015 cm.
b. Velocidad horizontal, vh
Este valor viene dado por la Ecuación 5.8.8. Si vh > 3 ft/ min (0,01524
m/s), entonces se obvia el valor arrojado por la ecuación y se utiliza
como velocidad horizontal 3 ft/min.
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v h = 15v as
(5.8.8)
c. Factor de turbulencia, FT
Este factor, el cual se calcula a partir de la Ecuación 5.8.9, representa
los efectos de la turbulencia sobre el comportamiento hidráulico ideal.
FT = 0,022(v h v as ) + 1,013
(5.8.9)
(R2 = 0,983)
Para la obtención de dicha ecuación, primero se graficaron (Figura
5.8.1) los datos proporcionados por la Norma PDVSA MDP – 09 – EF
– 05 “Diseño Conceptual de Tecnologías de Control de Efluentes” ,
los cuales se presentan en la Tabla 5.8.4., y luego se realizó un
ajuste a la línea de tendencia descrita por los mismos.
TABLA 5.8.4 VALORES PARA EL FACTOR DE TURBULENCIA DE
ACUERDO A LA RELACIÓN vh/vas.
vh/vas
3
6
10
15
20
FT
1,07
1,14
1,27
1,37
1,45
Fuente: Norma PDVSA MDP – 09 – EF – 05
FIGURA 5.8.1. FACTOR DE TURBULENCIA (FT) EN FUNCIÓN DE LA
RELACIÓN vh/vas.
1.55
1.45
FT
1.35
1.25
1.15
FT = 0.0228 v h/v as + 1.0137
R2 = 0.9833
1.05
0.95
0.0
5.0
10.0 v /v 15.0
h as
20.0
Fuente: Elaboración propia a partir de Tabla 5.8.4.
25.0
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d. Factor de diseño, F
Este factor toma en cuenta los efectos de corto circuito (Fcc) y
turbulencia (FT) que afectan el comportamiento hidráulico y lo desvían
de la idealidad. El mismo se determina a partir de la Ecuación 5.8.10:
F = FT ⋅ Fcc
(5.8.10)
e. Área superficial mínima, As
El área horizontal o superficial mínima viene expresada por la
siguiente relación:
As = F ⋅ (Qin v as )
(5.8.11)
Donde Qin es caudal de entrada a la unidad.
f.
Área transversal, At
El área transversal de la unidad viene expresada como:
At = Qin v h
(5.8.12)
g. Número de canales, Nc
Dicho valor se obtiene a partir de:
N c = At (Wc ⋅ D)
(5.8.13)
h. Profundidad definitiva del canal, Dc
La profundidad del canal viene dada por la siguiente expresión:
Dc = At (Wc ⋅ N c )
(5.8.14)
Es importante verificar que con este valor de profundidad la relación
profundidad – ancho (D/W) se siga manteniendo entre 0,3 y 0,5.
i.
Longitud de canal, Lc
La longitud del canal del separador viene dada por la expresión que
se presenta a continuación:
Lc = F ⋅ D ⋅ (v h v as )
(5.8.15)
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j.
Altura de salida del líquido, H
La altura sobre el vertedero puede ser obtenida de dos maneras. La
primera es a través de la Ecuación de Francis:
3/ 2
 1
 vh 2  
Q
 
H =
⋅
+
1838 Ah Lc  2 g  


2/3
v 2
−  h
 2g




(5.8.16)
La segunda, corresponde a la simplificación de la Ecuación de Francis
presentada en la Norma PDVSA MDP – 09 – EF – 05 “Diseño
Conceptual de Tecnologías de Control de Efluentes”, la cual resulta en
la siguiente expresión:
 Q ⋅ Lc
H = 0,212
 Ah



2/3
(5.8.17)
5.8.3. SEPARADOR DE PLACAS CORRUGADAS (CPI)
5.8.3.1.
DATOS NECESARIOS
Antes de iniciar con los cálculos para dimensionar el separador CPI,
es imprescindible disponer de la siguiente información:
•
Presión de operación, P;
•
Temperatura de operación, T;
•
Flujo de agua, Qin;
•
Densidad de la mezcla de hidrocarburos, ρo;
•
Radio equivalente promedio de las gotas de hidrocarburos, ro;
•
Densidad del agua a la temperatura de operación, ρw;
•
Viscosidad absoluta del agua a la temperatura de operación, μw; o
viscosidad cinemática, νw.
Además, es necesario establecer ciertos criterios de diseño en cuanto
a las dimensiones de las placas corrugadas. Los valores para el ancho,
WP, largo, LP y espesor, eP son obtenidos por parte de los proveedores.
Sin embargo, los mismos no deben ser mayores que 2 m para WP y LP
y 1 cm para eP.
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•
Dimensiones de la placa
El tamaño del separador está estrechamente relacionado con las
dimensiones de las placas corrugadas que se vayan a utilizar.
•
Inclinación de las placas, θP
El ángulo de inclinación varía entre 45 y 60° de acuerdo a la
mayoría de los modelos comerciales y a las especificaciones de la
Norma PDVSA MDP – 09 – EF – 03 ”Sistemas de Control de
Efluentes”.
•
Separación entre las placas, sP
La separación entre las placas por lo general oscila entre los 2 y 5
cm.
5.8.3.2.
DIMENSIONAMIENTO
a. Velocidad crítica de sedimentación, vsc
La velocidad de sedimentación crítica (Ecuación 5.8.18) es la
velocidad mínima necesaria para que el fluido que atraviesa el
separador resuspenda los sólidos depositados en el fondo.
 8 gβd o (S o − 1)
v sc = 

Ff


0,5
(5.8.18)
Donde β es una constante cuyo valor es 0,06 por tratarse de un
material no uniforme, do es el diámetro de las gotas de hidrocarburos
y Ff es el factor de fricción de Weisbach – Darcy, cuyo valor se
tomará como 0,03 por tratarse de un flujo laminar.
b. Velocidad entre las placas, vP
La teoría que sustenta el proceso de sedimentación laminar se basa
en la siguiente relación:
vP =
LP + s P tan θ
α ⋅ sP
v sc ⋅ cos θ
+
0.058s P
2
(5.8.19)
νw
Donde vP es la velocidad de desplazamiento entre las placas [cm/s],
vsc es la velocidad crítica de sedimentación [cm/s], LP es la longitud de
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placa [cm], sP es la separación entre las placas [cm], νw es la
viscosidad cinemática del agua [cm2/s] y α es una constante cuyo
valor es 1,3 para el flujo laminar entre las placas.
c. Verificación del número de Reynolds, Re
Debido a que para el cálculo de la velocidad de desplazamiento del
fluido entre las placas se requiere el uso de una constante, cuyo valor
es sólo válido para el caso de flujo laminar, es necesario comprobar
que el fluido se encuentre en dicho estado, por lo cual el número de
Reynolds debe estar comprendido entre 400 y 1600.
Re =
vP ⋅ sP
νw
(5.8.20)
d. Área Superficial, As
El área superficial de la unidad se puede determinar de acuerdo a la
siguiente expresión:
As = Qin v P
(5.8.21)
e. Número de placas, NP
La cantidad de placas dentro del separador viene dada por:
NP =
As ⋅ senθ
W ⋅ (s P + eP )
(5.8.22)
El valor de W, el cual representa el ancho de la zona de
sedimentación, será fijado tomando como referencia los anchos de
las placas comerciales, WP.
f.
Longitud del separador, L
Por último, la longitud de la unidad se puede obtener según:
L=
As
W
(5.8.23)
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5.8.4. SISTEMA DE FLOTACIÓN POR AIRE DISUELTO (DAF)
5.8.4.1.
DATOS NECESARIOS
Para el dimensionamiento del sistema de flotación por aire disuelto
(DAF) será necesario contar con la siguiente información:
•
Presión de operación, P;
•
Temperatura de operación, T;
•
Flujo de entrada, Qin;
•
Concentración de sólidos suspendidos en la entrada, CS in;
•
Concentración de sólidos suspendidos en la salida, CS out;
•
Concentración de hidrocarburos en la entrada, Co in;
•
Concentración de hidrocarburos en la salida, Co out;
•
Tasa de producción de lodo por cantidad de coagulante agregado,
CL;
•
Presión manométrica del tanque presurizado, Pman;
•
Dosis de coagulante, Cg;
•
Porcentaje de sólidos en el lodo, %S lodo.
El valor para la presión manométrica del tanque presurizado, por lo
general, se fija entre 40 y 60 psig (275 414 kPaman).
Por otra parte, es necesario realizar pruebas de laboratorio con el
efluente que se desea tratar para poder determinar la dosis de
coagulante óptima, Cg, y los parámetros: CS out, Co out, %S lodo.
Además, es necesario establecer ciertos criterios de diseño los cuales
son requeridos para el procedimiento de cálculo:
•
Factor de eficiencia, FE
Se refiere al nivel de eficiencia que tiene el equipo en cuanto a la
remoción tanto de hidrocarburos como de sólidos suspendidos. El
valor de FE varía entre 0,5 y 0,8.
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•
Tiempo de retención en el tanque presurizado, tr pres
Este valor se refiere a la cantidad de tiempo que debe permanecer
cierto volumen de agua para que se alcance la concentración
deseada de aire disuelto en la misma. Por lo general, dicho valor
es obtenido experimentalmente a través de pruebas de laboratorio,
sin embargo, el mismo oscila entre 1 y 3 min.
•
Tiempo de retención en el tanque de floculación, tr floc
El período de retención en el tanque de floculación es el tiempo
necesario para que el coagulante ejerza su función y propiciando
la formación de partículas lo suficientemente grandes como para
que puedan ser arrastradas por las burbujas de aire hacia la
superficie o para que sedimenten por su propio peso. Este tiempo
usualmente se determina experimentalmente, sin embargo, por lo
general se encuentra entre los 5 y los 15 min.
•
Tiempo de retención en el tanque de flotación, tr flot
Al igual que el caso anterior, este valor se obtiene a partir de
estudios previos sobre el efluente y comúnmente varía entre 20 y
40 min. El tiempo de retención dentro de este tanque representa el
tiempo necesario para lograr una separación óptima, es decir,
obtener un efluente lo suficientemente clarificado para continuar el
tren de tratamiento, sin tener que contar con equipos
excesivamente grandes para compensar mayores tiempos de
retención.
5.8.4.2.
DIMENSIONAMIENTO
a. Relación aire / sólido, ma/mS.
Representa el factor más importante en la eficiencia de la flotación, y
depende del tipo de efluente a tratar. Se refiere a la masa de aire
liberado en la despresurización por masa de sólidos presentes en el
afluente, y puede afectar el proceso de flotación, por cuanto influye en
la concentración final de sólidos o aceites en el efluente, así como en
la velocidad de ascenso de éstos.
La Norma PDVSA MDP – 09 – EF – 05 proporciona una serie de
datos (Tabla 5.8.5) que representan la variación de la relación ma/mS
en función de la concentración de sólidos suspendidos en el efluente,
CS out.
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TABLA 5.8.5. RELACIÓN ma/ms EN FUNCIÓN DE LA CONCENTRACIÓN
DE SÓLIDOS SUSPENDIDOS EN EL EFLUENTE.
CS out [mg/L]
12,5
16,0
15,0
20,0
25,0
30,0
40,0
50,0
ma/mS
0,068
0,050
0,055
0,030
0,022
0,019
0,015
0,013
Fuente: Norma PDVSA MDP – 09 – EF – 05.
A partir del gráfico realizado (Figura 5.8.2), se obtuvo un par de
correlaciones. La Ecuación 5.8.24a es válida cuando la concentración
de sólidos suspendidos en el efluente, CS out, oscila entre 12,5 y 20
mg/L; mientras que la Ecuación 5.8.24b es válida para cuando CS out
está entre 20 y 50 mg/L.
ma
ma
= −0,005 ⋅ C Sout + 0,13
(5.8.24a)
= 2.10 −5 ⋅ C Sout − 0,002 ⋅ C Sout + 0,061
(5.8.24b)
mS
2
mS
FIGURA 5.8.2. VALORES PARA ma/ms EN FUNCIÓN DE Cs out
0.08
ma/mS = -2E-18.Cs out2 - 0.005.Cs out + 0.13
R2 = 1
ma/mS
0.06
0.04
0.02
0
ma/mS = 2E-05.Cs out2 - 0.0021.Cs out + 0.0619
R2 = 0.9734
-0.02
0
10
20
30
CS out [mg/L]
40
50
Fuente: Elaboración propia a partir de Tabla 5.8.5.
60
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b. Tasa de desbordamiento superficial, Ts
Como criterio de diseño este valor se encuentra comprendido entre 1
y 4 gpm/ft2 [59 y 235 m3/(m2.d)].
La tasa de desbordamiento se puede determinar a partir de las
correlaciones presentadas en las Ecuaciones 5.8.25a y 5.8.25b, las
cuales son válidas cuando Co out está entre 14 y 23 mg/L para el
primer caso, y 23 y 37,5 mg/L para el segundo.
Ts = −0,02 ⋅ C oout + 0,949 ⋅ C oout − 8,297
(5.8.25a)
(R2 = 0,990)
Ts = −0,0002 ⋅ C oout + 0,044 ⋅ C oout + 2,065
2
(5.8.25b)
(R2 = 1)
Dichas correlaciones fueron obtenidas al graficar (Figura 5.8.3) los
valores de la Tabla 5.8.6 y hacer los ajustes correspondientes.
FIGURA 5.8.3. Ts EN FUNCIÓN DE Co out
4
Ts, gpm/ft 2
3.5
3
Ts = -0.02.Co out2 + 0.949.Co out - 8.2978
R2 = 0.9906
2.5
2
Ts = -0.0002.Co out2 + 0.0444.Co out + 2.0653
R2 = 1
1.5
1
0.5
0
10
15
20
25
30
35
Co out [m g/L]
Fuente: Elaboración propia a partir de Tabla 5.8.6.
40
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TABLA 5.8.6. TASA DE DESBORDAMIENTO SUPERFICIAL EN FUNCIÓN
DE LA CONCENTRACIÓN DE HIDROCARBUROS EN EL EFLUENTE.
Ts [gpm/ft2]
0,70
1,00
1,50
2,00
2,60
3,00
3,25
3,50
Co out [mg/L]
14,0
14,0
15,0
16,5
20,0
23,0
30,0
37,5
Fuente: Norma PDVSA MDP – 09 – EF – 05.
c. Solubilidad del aire, Cs
La solubilidad del aire en el agua es un factor que depende de la
temperatura. Se calcula a partir de la Ecuación 5.8.26, la cual se
obtuvo a partir del ajuste hecho a la gráfica (Figura 5.8.4) derivada de
los datos de la Tabla 5.8.7.
Cs = 4.10 −8 ⋅ T 4 − 3.10 −5 ⋅ T 3 + 0,007 ⋅ T 2 − 0,880T + 58,80
(5.8.26)
(R2 = 0,999)
TABLA 5.8.7. SOLUBILIDAD DEL AIRE EN AGUA A DIFERENTES
TEMPERATURAS (P=Patm).
T [°F]
32
50
68
86
104
122
140
158
176
194
212
Cs [mg/L]
37,2
29,3
24,3
20,9
18,5
17,0
15,9
15,3
15,0
14,9
15,0
Fuente: Norma PDVSA MDP – 09 – EF – 05 “Diseño Conceptual de
Tecnologías de Control de Efluentes”
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Cs [mg/L]
FIGURA 5.8.4. SOLUBILIDAD DEL AIRE, Cs, EN FUNCIÓN DE LA
TEMPERATURA, T A PRESIÓN ATMOSFÉRICA (1 atm).
50
45
40
35
30
25
20
15
10
Cs = 4E-08Ta4 - 3E-05Ta3 + 0.0072Ta2 - 0.8808Ta + 58.802
R2 = 0.9998
0
50
100
150
Ta [°F]
200
250
Fuente: Elaboración propia a partir de Tabla 5.8.7.
d. Caudal de reciclo, QR
El caudal de recirculación o reciclo viene definido por la siguiente
expresión:
QR =
ma

Cs ⋅  FE

m S ⋅ Qin ⋅ C Sout

P
⋅  man
+ 1 − 1
14
,
7

 
(5.8.27)
Donde QR es el caudal de reciclo [gpm], ma/mS es la relación
aire/sólido, Qin es el caudal del afluente [gpm], Cs es la solubilidad del
aire, CS out es la concentración de sólidos suspendidos en el efluente
[mg/L] y Pman es la presión manométrica en el tanque presurizado
[psig]. FE es el factor de eficiencia de la disolución del aire en el agua,
el cual varía entre 0,5 y 0,8.
e. Porcentaje de reciclo, %R
Éste se determina por:
Q 
% R =  R  ⋅ 100
 Qin 
(5.8.28)
Normalmente, el reciclo varía entre 30 y 40%, pero pueden aceptarse
reciclos por encima del 15%.
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f.
Área superficial del tanque de flotación, As flot
El cálculo del área superficial requerida en el tanque de flotación sería
según:
Asflot =
Qi n + QR
Ts
(5.8.29)
g. Volumen del tanque de flotación, Vflot
El volumen del tanque de flotación sería según:
V flot = (Qi n + QR ) ⋅ t r flot
(5.8.30)
h. Profundidad del tanque de flotación, Dflot
Una vez obtenido el volumen y el área superficial del tanque, la
profundidad del mismo será:
D flot =
i.
V flot
Asflot
(5.8.31)
Volumen del tanque presurizado, Vpres
Se tiene que:
V pres = QR ⋅ t r pres
j.
(5.8.32)
Volumen del tanque de floculación, Vfloc
Este parámetro se obtiene por:
V floc = (QR + Qin ) ⋅ t r floc
(5.8.33)
k. Flujo másico de lodo (sólidos suspendidos), mlodoS
El lodo producido por los sólidos suspendidos contenidos en el
afluente, tiene un flujo másico, que se puede obtener mediante la
siguiente expresión:
mlodoS = (C Sin − C Sout ) ⋅ Qin
(5.8.34)
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l.
Flujo másico de lodo (coagulante), mlodoC
La masa de coagulante agregada al afluente también produce una
cantidad significante de lodo que se determina mediante la expresión
presentada a continuación:
mlodoC = Cg ⋅ CL ⋅ Qin
(5.8.35)
m. Flujo másico de lodo (total), mlodo
El flujo másico total de lodo producido por la unidad sería la sumatoria
del lodo proveniente de la remoción los sólidos suspendidos y del
producido por el coagulante.
mlodo = mlodoS + mlodoC
(5.8.36)
n. Caudal de lodo, Qlodo
Tomando como referencia el porcentaje en peso de sólidos contenido
en el lodo se puede determinar el caudal de producción del mismo, tal
como lo expresa la Ecuación 5.8.37.
Qlodo =
mlodo
⋅ 100
% S lodo
(5.8.37)
5.8.5. SISTEMA DE AERACIÓN
5.8.5.1.
DATOS NECESARIOS
En caso del dimensionamiento del sistema de aeración será
necesario contar con la siguiente información:
•
Presión de operación, P;
•
Temperatura de operación, T;
•
Flujo de entrada, Qin;
•
Demanda biológica de oxígeno en la entrada, DBOin;
•
Demanda biológica de oxígeno a la salida, DBOout.
Por otra parte, también es importante establecer ciertos criterios de
diseño requeridos durante el procedimiento de cálculo:
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•
Tiempo de retención, tr
Éste se refiere al tiempo que debe permanecer cierto volumen del
fluido tratado dentro del aerador, para lograr reducir la demanda
biológica de oxígeno (DBO) hasta el nivel deseado. En la mayoría
de los casos, el tiempo de retención es determinado de manera
experimental, ya que el mismo puede variar considerablemente
según las características del afluente y el tipo de aeración que se
elija.
Los dos tipos de aeración más utilizados son la convencional y la
de mezcla completa, cuyos tiempos de retención son 4 – 8 h y 3 –
5 h respectivamente.
•
Profundidad o nivel de agua en el tanque, Dw
El nivel de agua en el tanque debe oscilar entre 6 y 15 ft (1,83 y
4,57 m) de profundidad.
•
Relación Ancho / Profundidad del tanque, (W/D)
Para garantizar buenas condiciones de mezcla, la relación W/D
debe estar entre 1,5 y 2.
•
Altura libre sobre el nivel del agua (Freeboard), HF
Se refiere a la distancia entre el nivel normal del líquido y el tope
del tanque. Esta altura adicional depende del tipo de aerador que
se escoja para el tanque. Para el caso de los aeradores de
superficie, se recomienda que la altura adicional no sea menor a 3
ft (0,91 m), en cambio, para los de difusión se recomienda un valor
estándar de 18 in (0,46 m).
•
Porcentaje de exceso de oxígeno, %O2
El oxígeno es el componente principal para lograr la oxidación de
la materia orgánica en el efluente. Por lo tanto, la cantidad
requerida del mismo viene dada por el porcentaje de disminución
de DBO que se desee. Como en todo proceso, los requerimientos
reales en condiciones de operación siempre se alejan de los
teóricos, razón por la cuál es necesario añadir un exceso de
oxígeno para propiciar que las condiciones de operación se
asemejen lo más posible a las teóricas. Por lo general, en el
diseño se incluye un 20% de exceso de oxígeno.
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•
Temperatura del aire, Ta
La temperatura del aire influye en el grado de solubilidad del gas
en el agua, hecho que afecta de manera directa el proceso de
oxidación.
•
Tipo de aerador
Tal como se mencionó anteriormente, los aeradores se clasifican
en dos grandes grupos de acuerdo al principio de su
funcionamiento: aeradores mecánicos de superficie y los de
difusión. De acuerdo con las características mencionadas y las
necesidades del efluente se debe seleccionar uno de los
siguientes tipos: turbina, difusor poroso o no poroso y aerador
superficial de plato o de hélice.
5.8.5.2.
DIMENSIONAMIENTO
a. Volumen de agua, Vw
La cantidad de volumen de agua en el tanque implica el volumen
mínimo del mismo. Este valor viene dado por el caudal de entrada a
la unidad, Qin, y el tiempo de retención de la misma, tr.
V w= Qin ⋅ t r
(5.8.38)
b. Ancho del tanque, W
Al fijar la relación W/D y la profundidad del agua en el tanque se
obtiene directamente el ancho del mismo de la siguiente forma:
W = Dw ⋅ (W D )
(5.8.39)
c. Largo del tanque, L
Dado el volumen total de agua del tanque y sus dimensiones de
ancho y alto, la longitud queda determinada según:
L=
VW
W ⋅ Dw
(5.8.40)
d. Profundidad del tanque, D
La profundidad total del tanque de aeración se obtiene a partir de la
contribución de la altura de líquido, Dw, y el espacio libre (freeboard)
que se deja como borde sobre el mismo, HF.
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Por lo tanto:
D = Dw + H F
(5.8.41)
e. Volumen del tanque, V
El volumen total del tanque se obtiene a través de la sumatoria del
volumen ocupado por el agua y el volumen adicional obtenido cuando
se agrega el freeboard.
V = W ⋅ L ⋅ (D w + H F )
f.
(5.8.42)
Requerimiento de oxígeno, mO2
El flujo másico de oxígeno requerido depende de los niveles de DBO
en el afluente y que tan alto sea el porcentaje de remoción. A su vez,
incluye el exceso de oxígeno establecido anteriormente.
mO 2 = (DBOin − DBOout ) ⋅ Qin ⋅ (1 − %O2 100 )
(5.8.43)
g. Requerimiento de aire, ma
Debido a que la mayoría de los sistemas de aeración funcionan con
aire y no con oxígeno puro, es necesario calcular la cantidad
equivalente de aire en función del oxígeno requerido. Para esto se
debe considerar que la fracción molar del oxígeno en el aire es 0,21 y
que su peso molecular es 32 kg/kmol, mientras que el del aire es 28,9
kg/kmol. Partiendo del flujo másico oxígeno necesario en kg/d se
hacen las transformaciones necesarias (Ecuación 5.8.44a) y se
obtiene la Ecuación 5.8.44b que define el flujo de aire requerido.
ma = mO 2 [kg / d ] ⋅
1kmolO 2 1kmol aire 28,9kg aire
⋅
⋅
32kg 0,21kmolO 2 1kmol aire
ma = mO 2 ⋅ 4,301(kg aire kg O 2 )
(5.8.44a)
(5.8.44b)
h. Consumo energético, p
El consumo energético se refiere a la potencia necesaria para poder
suministrar la cantidad de aire requerida para lograr el proceso de
oxidación y para mantener los sólidos en suspensión. El cálculo del
mismo depende del tipo de aerador que se emplee.
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•
Aerador mecánico de superficie
En este caso, la potencia requerida para suministrar el oxígeno
viene dada por la Ecuación 5.8.45, donde ma es la demanda de
aire [lbaire/d] y RO2 es la tasa de transferencia de oxígeno [lbO2/hp.h]
que varía de acuerdo al tipo de aerador según se muestra en la
Tabla 5.8.8.
pO 2 =
ma
24h / d ⋅ RO 2
(5.8.45)
TABLA 5.8.8. TASA DE TRANSFERENCIA DE OXÍGENO SEGÚN EL
TIPO DE AERADOR MECÁNICO DE SUPERFICIE
Tipo de aerador
Plato
Turbina
Hélice
RO2 [lbO2/hp.h]
2,0 – 2,5
3,0 – 3,5
2,5 – 3,5
Fuente: Eckenfelder, 1970.
En cuanto a la energía para mantener los sólidos en suspensión se
debe utilizar la Ecuación 5.8.46, donde Vw es el volumen de agua
en el tanque [gal] y pO2 es la potencia [hp] calculada por la
expresión anterior (Ecuación 5.8.45).
p
=
kgal
pO 2
 kgal 

Vw ⋅ 
 1000 gal 
(5.8.46)
Si el valor obtenido es mayor o igual a 0,14, implica que la
potencia calculada con la Ecuación 5.8.45 es suficiente para
suministrar la cantidad de aire necesaria y mantener los sólidos en
suspensión. Si dicho valor es menor a 0,14, entonces la potencia
total necesaria tanto para los requerimientos de oxígeno como
para el de los sólidos suspendidos se obtiene a partir de la
Ecuación 5.8.47, donde el Vw es el volumen de agua en el tanque
[gal].
p = 1,4.10 −4 ⋅ Vw
(5.8.47)
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•
Aerador por difusión
Para los sistemas de aeración por difusión se utiliza una única
ecuación.
-
Caudal de aire necesario
El caudal de aire requerido Qa [scfm] viene dado por la
expresión:
Qa = 96,62 ⋅
ma 100
⋅
12 % E
(5.8.48)
Donde %E se refiere al porcentaje de eficiencia del aerador
(Tabla 5.8.9), y ma es la masa de aire requerida [lbO2/d].
TABLA 5.8.9. PORCENTAJE DE EFICIENCIA DE ACUERDO AL
TIPO DE AERADOR
Tipo de aerador
Poroso
No poroso
%E
12
8
Fuente: Eckenfelder, 1970.
-
Potencia requerida
La ecuación para el cálculo de la potencia es:
 P + 0,433 ⋅ D + 1,5  0, 283 

− 1
p = 6,6099.10 ⋅ Qa ⋅ (Ta + 460 ) ⋅  amb
Pamb − 0,2



(5.8.49)
−4
Donde Pamb es la presión atmosférica [psi], Ta es la
temperatura del aire [°F], Qa es el caudal de aire [scfm] y D es
la profundidad del tanque.
5.8.6. CLARIFICADOR
5.8.6.1.
DATOS NECESARIOS
Para el dimensionamiento del clarificador será necesario contar con la
siguiente información:
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•
Presión de operación, P;
•
Temperatura de operación, T;
•
Flujo de entrada (promedio), Qin av;
•
Flujo de entrada (pico), Qin p;
•
Concentración de sólidos suspendidos en la entrada, CS.
Por otra parte, también es importante establecer ciertos criterios de
diseño requeridos durante el procedimiento de cálculo:
•
Porcentaje de reciclo, %R
Se refiere al porcentaje del efluente clarificado que es recirculado
nuevamente a la unidad. El porcentaje varía entre 0 y 30%.
•
Tiempo de retención, tr
Implica el tiempo en el que un volumen determinado de afluente
debe permanecer dentro del tanque para su tratamiento.
Normalmente este valor se obtiene de forma experimental de
acuerdo a las características que presente el afluente.
•
Razón de alimentación de sólidos (promedio), Rsav
Especifica la velocidad con que se alimentan los sólidos por unidad
de superficie de clarificador para el caso del caudal promedio de la
planta. El valor debe oscilar entre 4 – 6 kg/h.m2 [0,8 – 1,2 lb/h.ft2].
•
Razón de alimentación de sólidos (pico), Rsp
Especifica la velocidad con que se alimentan los sólidos por unidad
de superficie de clarificador para el caso del caudal pico de la
planta. El valor recomendado es 10 kg/h.m2 [2lb/h.ft2].
•
Profundidad de la capa de lodo en el fondo del clarificador,
Dlodo
Representa la profundidad del clarificador que estará ocupada por
la capa de lodo formado por los sólidos sedimentados. Este valor
por lo general se encuentra en 0,6 – 0,9 m.
•
Relación Largo / Ancho, L/W
Esta relación es necesaria para el dimensionamiento del
clarificador de sección rectangular. Su valor debe estar ubicado en
el rango 2 – 5.
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•
Relación Largo / Profundidad, L/D
Este valor se requiere en el caso de un clarificador de geometría
rectangular. La relación largo /profundidad debe estar comprendida
entre 5 y 20.
•
Número de unidades, Nrec o Ncir
Se refiere al número de unidades en las cuales se desea distribuir
la carga total a tratar. Este número debe ser asignado tanto para
unidades con base de geometría rectangular como circular.
5.8.6.2.
DIMENSIONAMIENTO
a. Flujo másico de sólidos, mS
El flujo másico de sólidos que recibe el clarificador, tanto para caudal
promedio como caudal pico se calcula a través de la Ecuación 5.8.50.
Tomando en cuenta que para el caso promedio, mS av se utiliza como
cauda de entrada Qin av, y para el caso de mS p se utiliza Qin p.
⋅C
m S = Qin ⋅ 1 + % R
100  S

(5.8.50)
b. Área superficial total requerida, As
El área superficial total requerida depende del flujo másico de sólidos
alimentados y la tasa de alimentación de los mismos. Este valor debe
ser calculado para condiciones de caudal promedio y pico, el caso
que de cómo resultado un área mayor será el dominante y por lo
tanto ese será el valor designado como área de diseño, As d.
A s = m S Rs
(5.8.51)
Al igual que en el caso anterior, es necesario sustituir los valores
correspondientes a cada condición de flujo, pico y promedio, para
obtener los valores de área deseados y poder realizar la comparación
y obtener el área superficial de diseño.
c. Área superficial por clarificador, As’
El área superficial que tendrá cada clarificador depende del número
de unidades en las que se haya decidido distribuir la carga de
tratamiento. El cálculo es el mismo sin importar el tipo de geometría
(rectangular o circular) que se elija para el clarificador.
A s ' = As N
(5.8.52)
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Donde N varía de acuerdo a si se trata de un clarificador de base
rectangular, Nrec, o uno de base circular, Ncir. Después de obtener el
área por unidad, es importante verificar que la misma no sea mayor a
18750 ft2 para el caso rectangular y 12272 ft2 para el caso circular.
Estos valores de área provienen de las dimensiones máximas para
las cuales el desempeño del clarificador no se ve afectado. En el caso
del clarificador circular, el diámetro máximo es de 125 ft. En cuanto al
clarificador rectangular, el largo y el ancho máximo es 250 ft y 75 ft,
respectivamente.
d. Dimensiones del clarificador
Las dimensiones finales de cada unidad dependen de la geometría
escogida para las mismas.
•
Clarificador rectangular
Este tipo de geometría queda definido al obtener el largo, ancho y
profundidad. Para esto se consta de un sistema de tres
ecuaciones con tres variables:
=J
(5.8.53a)
=K
(5.8.53b)
As = L ⋅W
(5.8.53c)
L
L
W
D
Debido a que J y K fueron preestablecidos en los criterios de
diseño, el largo, ancho y profundidad quedan definidos según:
L=
•
As ⋅ J
(5.8.54a)
W =L J
(5.8.54b)
D = (L K ) + Dlodo
(5.8.54c)
Clarificador circular
Para este tipo de geometría es necesario definir el diámetro y la
profundidad de acuerdo a las siguientes ecuaciones:
d=
4 ⋅ As '
π
(5.8.55)
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D=
Qin ⋅ t r
As
(5.8.56)
e. Tasa de desbordamiento superficial, TDS
La tasa de desbordamiento superficial se obtiene mediante la
Ecuación 5.8.57. Por criterios de diseño, este parámetro debe estar
comprendido entre 200 y 1300 gal/d.ft2.
TDS =
f.
Qin
As
(5.8.57)
Tasa de desbordamiento perimetral, TDP
Esta variable se puede calcular de acuerdo a la expresión presentada
en la Ecuación 5.8.58. Por criterios de diseño, este parámetro debe
estar comprendido entre 10000 y 30000 gal/d.ft.
TDP =
Qin
pe ⋅ N
(5.8.58)
Donde pe es el perímetro del clarificador. Para el caso del circular
pe=d.π y para el caso del rectangular pe = 2.W+2.L.
5.8.7. SISTEMA DE CLORACIÓN
5.8.7.1.
DATOS NECESARIOS
Para el dimensionamiento del sistema de cloración será necesario
contar con la siguiente información:
•
Presión de operación, P;
•
Temperatura de operación, T;
•
Flujo de entrada (promedio), Qin av;
•
Flujo de entrada (pico), Qin p;
•
Dosis de cloro, Cc;
•
Concentración de cloro disponible en la solución a utilizar en la
cloración, CCl.
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Por otra parte, también es importante establecer ciertos criterios de
diseño requeridos durante el procedimiento de cálculo:
•
Tiempo de contacto o retención, tr
Tiempo que debe pasar el volumen a tratar dentro del tanque de
cloración para lograr que el cloro disponible en el efluente sea el
deseado. Este valor se determina de forma experimental a partir
de análisis realizados al afluente tanto en condiciones de flujo
promedio como en condiciones de flujo pico.
•
Número de pantallas (baffles) dentro del tanque, NB
Las pantallas facilitan el contacto entre el fluido y el cloro, ya que
proporcionan condiciones de flujo turbulento que favorece el
estado de mezcla completa. Su número varía de forma impar entre
3 y 11.
•
Ancho del canal, WC
Se refiere al ancho del canal por donde circula el fluido, más no al
ancho de la unidad.
•
Profundidad del agua, DW
Se refiere al nivel de líquido dentro del tanque.
•
Altura libre sobre el nivel del agua (Freeboard), HF
Se refiere a la distancia entre el nivel normal del líquido y el tope
del tanque.
5.8.7.2.
DIMENSIONAMIENTO
a. Volumen del tanque, V
El volumen del tanque se puede obtener de acuerdo a la Ecuación
5.8.59, donde tanto el caudal como el tiempo de retención deben ser
sustituidos por los valores correspondientes a las condiciones
promedio y pico. Éste debe ser calculado para condiciones de flujo
promedio y pico, de manera de determinar cuál es la condición crítica
y tomar dicho volumen como el volumen de diseño.
V = Qin ⋅ t r
(5.8.59)
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b. Relación Profundidad / Ancho, Dc/Wc
Este parámetro resultante del cociente de la profundidad con el ancho
del canal debe ser menor a 1.
c. Área transversal del canal, At
El área transversal de cada canal viene dada por la expresión
mostrada a continuación:
At = Wc ⋅ Dw
(5.8.60)
d. Longitud total del canal, Lc
La longitud total que tiene que recorrer el líquido para poder atravesar
la unidad, es decir, la longitud total del canal es según la Ecuación
5.8.61.
LC = V At
(5.5.61)
e. Longitud de cada paso, Ln
La longitud de cada paso depende del número seleccionado de
pantallas, tal como se muestra a continuación:
Ln = LC N B
f.
(5.8.62)
Relación Largo / Ancho, L/Wc
Este parámetro resultante del cociente del largo con el ancho del
canal debe estar entre 40 y 70.
g. Dimensiones del tanque
En cuanto al largo del tanque, L, este será igual al largo de cada
paso.
Para el caso de la profundidad, D, ésta será igual a la sumatoria de la
contribución de la profundidad del agua y del espacio libre dejado
sobre el nivel de la misma.
D = Dw + H F
(5.8.63)
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Por último, al ancho de la unidad, W, vendrá dado por el ancho de
canal y el número de pantallas.
W = Wc ⋅ N B
(5.8.64)
h. Consumo de cloro, mCl
El consumo de cloro varía de acuerdo al caudal alimentado a la
unidad y a la dosis de cloro suministrada. El mismo representado en
forma de flujo másico se presenta en la Ecuación 5.8.65.
mCl = Qin ⋅ Cc
i.
(5.8.65)
Caudal de cloro necesario, QCl
El caudal de solución de cloro requerido en la unidad depende del
flujo másico de cloro necesario y de a concentración de cloro en la
solución inyectada.
QCl = mCl C Cl
(5.8.66)
5.8.8. PAQUETES QUÍMICOS
A lo largo del tren de tratamiento es necesario dosificar diversas
sustancias químicas que faciliten el proceso de acondicionamiento del
afluente y permitan el correcto funcionamiento de los equipos.
Por lo general, estos sistemas de dosificación no se diseñan sino que se
comprar a modo de paquete de acuerdo a las necesidades específicas
de la planta. Los mismos, suelen incluir las bombas dosificadoras, el
tanque de almacenamiento del reactivo, la válvula reguladora, entre
otros. Algunos de los paquetes que se deben considerar son:
- Dosificación de ácido: para neutralizar las corrientes con pH muy
elevados, ya que los mismos generan corrosión en los equipos y
tuberías y disminuyen la actividad microbiana en los tratamientos
biológicos. Se suele utilizar ácido sulfúrico (H2SO4) o ácido fosfórico
(H3PO4).
- Dosificación de álcalis: para neutralizar las corrientes con
características muy ácidas porque causan problemas de corrosión en
el sistema y disminuyen la efectividad de los tratamientos biológicos.
Comúnmente se utilizan soluciones de amoníaco (NH3) o de hidróxido
de sodio (NaOH).
- Dosis de coagulantes: ayuda a la desestabilización de mezclas con
partículas suspendidas por neutralización de las cargas, facilitando la
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separación física en procesos como la sedimentación y la flotación
por aire disuelto. Entre los tipos de coagulantes que existen están:
sales de hierro y aluminio, polímeros orgánicos, entre otros. La
escogencia del coagulante depende en gran parte de las
características del afluente.
- Dosis de floculantes: propicia la aglomeración de partículas,
aumentando el tamaño de las partículas y facilitando su separación
por sedimentación. Básicamente existen tres tipos de floculantes:
electrolitos
inorgánicos,
polímeros
orgánicos
naturales
y
polielectrolitos sintéticos.
- Dosis de agentes secantes: muchas veces son sales o polímeros
con cualidades de floculante o coagulante que propician la formación
de partículas más grandes que son separadas con más facilidad en
los procesos de espesamiento de lodos.
- Dosis de cloro: el cual es necesario para la oxidación de la materia
orgánica por parte del sistema de cloración.
- Dosis de agentes removedores: son sustancias químicas
específicas para los sistemas de precipitación donde generalmente se
remueven compuestos de fósforo, metales pesados y sólidos
disueltos.
Es importante verificar que los paquetes que se adquieran para suplir la
demanda de aditivos químicos en la planta cumplan con el conjunto de
normas bajo las cuales se está realizando el diseño. En caso de que se
trate de una instalación de PDVSA, se debe cumplir la norma FH – 203 –
R “Sistema de alimentación de Químicos de Procesos”.
Al finalizar el dimensionamiento de los equipos, se debe compilar los cálculos
realizados en un documento denominado “Memoria de Cálculo”. Para la
elaboración del mismo, Empresas Y&V consta con el procedimiento C-PC-11P
“Memoria de Cálculo”.
5.9.
VERIFICACIÓN DEL BALANCE DE MASA, DFP Y DTI
Una vez que se tienen los equipos dimensionados, se debe recalcular el
balance de masa completo de la planta de tratamiento, a modo de verificar
que efectivamente las condiciones de salida de diseño coinciden con las
deseadas. La elaboración y presentación del balance de masa final debe
hacerse siguiendo las indicaciones del documento C-PC-08P “Elaboración de
Balance de Masa y Energía”.
De la misma manera, se debe verificar que el diagrama de flujo del proceso,
DFP, y el de tuberías e instrumentación, DTI, estén acorde con las
modificaciones que puedan surgir de la verificación del balance de masa.
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Tanto el DFP como el DTI deben cumplir con los procedimientos C-PC-05P
“Elaboración de Diagrama de Flujo de Procesos (DFP)” y C-PC-06P
“Elaboración de Diagrama de Tuberías e Instrumentación (DTI)” establecidos
por Empresas Y&V.
Aunque la elaboración del Plot Plan no es parte de las tareas del
departamento de Procesos, sino del departamento de Tuberías, una vez que
éste haya sido realizado, es recomendable que sea revisado por algún
ingeniero de procesos para verificar que el mismo cumpla con las
especificaciones de diseño y seguridad de la planta y que a su vez tenga un
orden de tratamiento y una distribución espacial adecuada.
5.10.
ELABORACIÓN DE CÁLCULOS HIDRÁULICOS
Los cálculos hidráulicos comprenden la realización de los cálculos necesarios
para el dimensionamiento de tuberías y bombas requeridas en el proyecto.
Estos cálculos se basarán en simulaciones y balances de masa y energía.
Dependiendo de la complejidad del proceso y sensibilidades requeridas, los
cálculos hidráulicos podrán hacerse mediante paquetes de simulaciones
específicos (INPLANT; PIPEPHASE, etc.) y/o hojas de cálculo (C-PC-11PH9
“Hoja de cálculo para Cálculos Hidráulicos”). Luego de dimensionar las líneas,
se debe transcribir la información a un documento denominado “Lista de
líneas”, el cuál se debe crear siguiendo el procedimiento C-PC-13P
“Elaboración de Listas de Líneas”.
Para el procedimiento de cómo realizar los cálculos hidráulicos del proyecto se
recomienda revisar el documento C-PC-10P “Cálculos Hidráulicos”.
5.11.
ELABORACIÓN DE LAS HOJAS DE DATOS Y LISTAS DE CHEQUEO
Una vez que se tienen dimensionados los equipos del tren de tratamiento para
la PTEI, se debe transcribir esta información a las hojas de datos de cada uno
de ellos, ya que ésta será utilizada por otras disciplinas (Mecánica, Tuberías,
etc.) para hacer una descripción más detallada de las características de
diseño de cada uno de los equipos necesarios.
Para el caso particular de este documento se elaboraron 8 hojas de datos
correspondientes a los siguientes equipos: fosa de acumulación previa,
separador API, separador CPI, sistema DAF, clarificador circular, clarificador
rectangular, sistema de aeración y cámara de cloración. Estas hojas contienen
la siguiente información:
-
Temperatura y presión de operación y diseño;
-
Condiciones de operación para caso de diseño, flujo máximo y flujo
mínimo;
PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO
DE EFLUENTES INDUSTRIALES
CÓDIGO: xxxxxxxxxxxxxx
REVISIÓN.: B
PÁGINA: 86 OF: 95
-
Flujo de entrada a la unidad y sus propiedades a las condiciones de
operación;
-
Caracterización del fluido en cuanto a los parámetros regulados por la
legislación ambiental vigente;
-
Parámetro a controlar en el flujo de salida del equipo (Concentración de
aceite o sólidos suspendidos, DBO, etc.)
-
Capacidad volumétrica y área superficial de las unidades;
-
Dimensiones del equipo: largo, ancho, profundidad y diámetro, éste último
para el caso del clarificador circular;
-
Tiempo de retención en el caso de los equipos que se rijan por este
parámetro;
-
Material de construcción;
-
Dosis de químicos en el caso de que sean necesarios para dicha etapa
del tratamiento;
-
Características específicas de cada equipo, por ejemplo: tipo de aerador,
número de pantallas, número de placas corrugadas y sus dimensiones,
número de canales, etc.;
-
Esquema del equipo o sistema de tratamiento correspondiente a la hoja
de datos.
Además, se elaboraron las listas de chequeo referentes a cada hoja de datos.
Estas listas permiten verificar que el documento entregado contiene toda la
información referente a la especificación del equipo.
En caso de que se dimensionen equipos diferentes a los incluidos en este
documento, se debe consultar el procedimiento C-PC-19P “Hoja de Datos de
Equipos” para la elaboración de las hojas de datos de los mismos, También se
debe crear una lista de chequeo para cada uno de las hojas de datos creadas.
5.12.
ENTREGA DE DOCUMENTOS
Como resultado de las actividades descritas anteriormente, se obtienen una
serie de documentos que describen el diseño de la PTEI por parte de la
disciplina de procesos. La selección de documentos a ser entregados al
cliente depende del tipo de Ingeniería (conceptual o básica) que se haya
solicitado inicialmente para el proyecto. Sin embargo, al finalizar con las
actividades descritas en este documento se deben obtener los siguientes
documentos:
- Bases de Diseño del Proyecto;
PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO
DE EFLUENTES INDUSTRIALES
CÓDIGO: xxxxxxxxxxxxxx
REVISIÓN.: B
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- Criterios de diseño de procesos;
- Matriz de evaluación de tecnologías;
- Diagramas de Bloques de Procesos (DBP);
- Balance de Masa y Energía;
- Diagramas de Flujo de Procesos (DFP);
- Diagramas de Tuberías e Instrumentación (DTI);
- Descripción de Procesos;
- Hoja de Datos de equipos;
- Memoria de Cálculo del dimensionamiento de los equipos y los cálculos
hidráulicos;
- Lista de Equipos;
- Lista de Líneas;
- Sumario de Químicos;
- Listas de chequeo correspondientes a cada uno de los documentos
anteriores;
6.
NOMENCLATURA
•
Acrónimos
API
Instituto Americano de Petróleo (American Petroleum Institute)
DBO
Demanda Biológica de Oxígeno
DQO
Demanda Química de Oxígeno
CPI
Interceptor de Placas Corrugadas (Corrugated Plate
Interceptor)
DAF
Flotación por Aire Disuelto (Disolved Air Flotation)
DBP
Diagrama de Bloques de Procesos
DFP
Diagrama de Flujo de Proceso
DTI
Diagrama de Tuberías e Instrumentación
COT
Carbono Orgánico Total
TS
Sólidos Totales
SST
Sólidos Suspendidos Totales
SSV
Sólidos Suspendidos Volátiles
•
Símbolos
A
Área
C
Concentración
PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO
DE EFLUENTES INDUSTRIALES
CÓDIGO: xxxxxxxxxxxxxx
REVISIÓN.: B
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Cc
Dosis de cloro (Sistema de cloración)
Cg
Dosis de coagulante (Sistema DAF)
CL
Tasa de producción de lodo por cantidad de coagulante agregado
(Sistema DAF)
Cs
Solubilidad del aire en agua a presión atmosférica
D
Profundidad
d
Diámetro
e
Espesor
F
Factor de diseño
g
Aceleración de la gravedad
H
Altura
TDS
Tasa de Desbordamiento Superficial (Clarificador)
I
Coeficiente de impermeabilidad del suelo
L
Longitud
m
Flujo másico
N
Número de
P
Presión
p
Potencia
pe
Perímetro
Q
Caudal
R
Tasa de transferencia
Re
Número de Reynolds
RL
Tasa de recolección de lluvia
Rp
Registro pluviométrico anual [mm lluvia/año o in lluvia/año]
Rs
Tasa de alimentación de sólidos
r
Radio equivalente de la gota
S
Gravedad específica
s
Separación
T
Temperatura
t
Tiempo
Ts
Tasa de desbordamiento superficial (Sistema DAF)
V
Volumen
v
Velocidad
W
Ancho
PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO
DE EFLUENTES INDUSTRIALES
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TDP
•
Tasa Desbordamiento Perimetral (Clarificador)
Símbolos Griegos
β
Constante para el cálculo de la velocidad crítica de sedimentación. Su
valor es igual a 0,04 por tratarse de materiales no uniformes
(hidrocarburos líquidos)
θ
Ángulo de inclinación de las placas en el separador CPI
μ
Viscosidad absoluta (dinámica)
ν
Viscosidad cinemática
π
Constante, π = 3,1415
ρ
Densidad
•
Subíndices
A
Acumulación de lluvia
a
Aire
av
Promedio
amb
Condición ambiental (para T y P)
as
Ascenso
B
Pantallas (Baffles)
c
Canal
cc
Corto Circuito
cir
Referente al clarificador de geometría circular
cl
Cloro
d
Diseño
E
Eficiencia
F
Freeboard (espacio libre sobre el nivel de líquido en un
tanque)
f
Fricción
floc
Referente al tanque de floculación (Sistema DAF)
flot
Referente al tanque de flotación (Sistema DAF)
h
Horizontal
in
Entrada
L
Lluvia
l
Líquido
PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO
DE EFLUENTES INDUSTRIALES
CÓDIGO: xxxxxxxxxxxxxx
REVISIÓN.: B
PÁGINA: 90 OF: 95
7.
lodo
Referente al lodo producido en el Sistema DAF
lodoC
Lodo producido por la acción del coagulante (Sistema DAF)
lodoHC
Lodo producido a partir de los hidrocarburos retirados del efluente
(Sistema DAF)
man
Manométrica
n
Paso (dentro del tanque de cloración)
o
Hidrocarburos
O2
Oxígeno
P
Placa corrugada (Separador CPI)
p
Pico
pres
Referente al tanque presurizado (Sistema DAF)
R
Reciclo
r
Retención
rec
Referente al clarificador de base rectangular
S
Sólidos Suspendidos
s
Superficial
sc
Sedimentación crítica
sp
Superficie de la planta servida por la red de drenajes
T
Turbulencia
t
Transversal
w
Agua
ww
Agua residual
1
Compresor
DOCUMENTOS DE REFERENCIA
•
Procedimientos
C-PC-02P
Bases de Diseño del Proyecto
C-PC-04P
Diagramas de Bloques de Procesos (DBP)
C-PC-05P
Elaboración de Diagramas de Flujo de Procesos (DFP)
C-PC-06P
Elaboración de Diagramas de Tuberías e
Instrumentación (DTI)
C-PC-07P
Descripción de Procesos
C-PC-08P
Elaboración de Balance de Masa y Energía
C-PC-10P
Cálculos Hidráulicos
PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO
DE EFLUENTES INDUSTRIALES
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•
•
•
C-PC-11P
Memoria de Cálculo
C-PC-12P
Elaboración de Lista de Equipos
C-PC-13P
Elaboración de Lista de Líneas
C-PC-18P
Sumario de Químicos
C-PC-19P
Hoja de Datos de equipos
C-PC-23P
Criterios de diseño de procesos
Hojas de Cálculo
C-PC-11PH9
Cálculos Hidráulicos
C-ZZ-MMP
Fosa de Acumulación Previa
C-ZZ-MMP
Separador API
C-ZZ-MMP
Separador CPI
C-ZZ-MMP
Sistema DAF
C-ZZ-MMP
Sistema de Aeración
C-ZZ-MMP
Clarificador Circular
C-ZZ-MMP
Clarificador Rectangular
C-ZZ-MMP
Sistema de Cloración
C-ZZ-MMP
Matriz de Evaluación de Tecnologías
Hojas de Datos de los Equipos
C-ZZ-MMP
Fosa de Acumulación Previa
C-ZZ-MMP
Separador API
C-ZZ-MMP
Separador CPI
C-ZZ-MMP
Sistema DAF
C-ZZ-MMP
Sistema de Aeración
C-ZZ-MMP
Clarificador Circular
C-ZZ-MMP
Clarificador Rectangular
C-ZZ-MMP
Sistema de Cloración
Listas de Chequeo
C-PC-01L
Bases de diseño del proyecto
C-PC-02L
Diagrama de Flujo de Procesos (DFP)
C-PC-05L
Balance de Masa y Energía
PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO
DE EFLUENTES INDUSTRIALES
CÓDIGO: xxxxxxxxxxxxxx
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8.
C-PC-07L
Descripción del Proceso
C-PC-08L
Diagrama de Tuberías e Instrumentación
(DTI)
C-PC-09L
Lista de Equipos
C-PC-10L
Lista de Líneas
C-PC-20L
Sumario de Químicos
C-PC-31L
Diagrama de Bloque de Procesos (DBP)
C-PC-39L
Cálculos Hidráulicos
C-PC-40L
Criterios de diseño de procesos
C-PC-XXL
Hoja de Datos de Separador API
C-PC-XXL
Hoja de Datos de Separador CPI
C-PC- XXL
Hoja de Datos de Fosa de Acumulación
Previa
C-PC- XXL
Hoja de Datos de Sistema DAF
C-PC- XXL
Hoja de Datos de Cámara de Cloración
C-PC- XXL
Hoja de Datos de Clarificador Rectangular
C-PC- XXL
Hoja de Datos de Clarificador Circular
C-PC- XXL
Hoja de Datos de Sistema de Aeración
NORMAS, CÓDIGOS Y REGLAMENTOS
Decreto 883 “Normas para la clasificación y el control de la calidad de los cuerpos de
agua y vertidos o efluentes líquidos”, Gaceta Oficial Extraordinaria, N° 5021, 11 de
octubre de 1995.
Decreto 2635 “Normas para el control de la recuperación de materiales peligrosos y el
manejo de desechos peligrosos”, Gaceta Oficial Extraordinaria, N° 5245, 3 de agosto
de 1998.
Norma PDVSA FH – 203 – R “Sistema de Alimentación de Químicos de Procesos”
(1989).
Norma PDVSA MDP – 01 – DP – 01 “Temperatura y Presión de Diseño” (1996).
Norma PDVSA MDP – 09 – EF – 03 “Sistemas recontrol de Efluentes” (1997).
Norma PDVSA MDP – 09 – EF – 05 “Diseño Conceptual de Tecnologías de Control
de Efluentes” (1995).
Norma PDVSA MDP – 09 – RS – 03 “Técnicas de Manejo de Residuos Sólidos”
(1997).
PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO
DE EFLUENTES INDUSTRIALES
CÓDIGO: xxxxxxxxxxxxxx
REVISIÓN.: B
PÁGINA: 93 OF: 95
Norma PDVSA MDP – 09 – RA – 01 “Legislaciones Ambientales de Venezuela,
Estados Unidos y Comunidad Económica Europea” (1997).
Norma PDVSA SI-S- 13 “Normativa Legal en Seguridad, Higiene y Ambiente (SHA)”
(2001).
World Bank (2003), Water Resources and Environment. Water Quality: Assesment
and Protection, The International Bank for Reconstruction and Development / The
World Bank, Washington, Estados Unidos.
9.
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Reynolds, J. P., Jeris, J. S. y Theodore, L., “Handbook of Chemical and
Environmental Engineering Calculations”, John Wiley & Sons, In., Nueva York,
2002.
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Estados Unidos, 2006.
Salvato, J. A., Nemerow, N. L. y Agardy, F. J., “Environmental Engineering”, 5ª
edición, John Wiley & Sons, In., Nueva Jersey, 2003.
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Systems Handbook”, CRC Press LLC, Estados Unidos, 1997.
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Inc., Nueva Jersey, 2005.
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oilwater, consultado el 12 de agosto de 2009.
“Dissolved Air Flotation”. Disponible en: http://en.citizendium.org/wiki/Dissolved
_air_flotation, consultado el 12 de agosto de 2009.
“BFD – Block Flow Diagram”, Disponible en: http://www.engineeringtoolbox.com
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“PFD – Process Flow Diagram”, Disponible en: http://www.engineeringtoolbox.com
/pfd-process-flow-diagram-d_465.html, consultado el 17 de agosto de 2009.
“BFD – Block Flow Diagram”, Disponible en: http://www.engineeringtoolbox.com
/bfd-block-flow-diagram-d_467.html, consultado el 17 de agosto de 2009.
“P&ID – Piping and Instrumentation Diagram”, Disponible en: http://www.
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consultado el 17 de agosto de 2009.
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CÓDIGO: xxxxxxxxxxxxxx
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Da Cámara, L. et al. “Manual de diseño para plantas de tratamiento de aguas
residuales alimenticias”. Disponible en: http://www.frbb.utn.edu.ar/carreras/
efluentes/manual_tratamiento.pdf, consultado el 14 de abril de 2009.
APÉNDICE F
DIAGRAMAS DE FLUJO
247
Figura F.1. Flujograma para selección de tecnologías para el tratamiento de efluentes industriales.
248
Figura F.2. Flujograma del procedimiento para el diseño de una planta de tratamiento de
efluentes industriales
249
Figura F.3. Diagrama IDEF0 para la Información del Cliente.
Figura F.4. Diagrama IDEF0 para la Identificación de Tecnologías.
Figura F.5. Diagrama IDEF0 para la Selección de Tecnologías.
Figura F.6. Diagrama IDEF0 para el Dimensionamiento de los Equipos.