Control de olor y corrosion en PTARM (LIT)

Control de H2S
Control de olor y corrosión en plantas de tratamiento de aguas residuales
con Peróxido de Hidrógeno
En cualquier lugar o proceso en los cuales
se colecte, transporte o traten aguas
residuales, habrá un potencial de generar y
emanar olores desagradables y ofensivos a
los alrededores. La mayoría de estos
problemas de olor ocurren en el sistema de
pre-tratamiento, en instalaciones primarias
de tratamiento, estaciones de bombeo y en
plantas de procesamiento de sólidos. En la
mayoría de los casos, los olores asociados
a los sistemas de la colección y las
instalaciones primarias del tratamiento se
generan como resultado de una condición
anaerobia o “séptica”. Esta condición ocurre
cuando la transferencia del oxígeno a las
aguas residuales es limitada como sucede,
por ejemplo, dentro una cañería de aguas
residuales.
En el estado anaerobio, los organismos
presentes en las aguas residuales no tienen
oxígeno disuelto disponible para su
metabolismo. Esto permite que los
microbios
conocidos
como
“sulfatoreductores” prosperen. Estas bacterias
utilizan el ion del sulfato (SO4-) que es
abundante en la mayoría de las aguas como
fuente del oxígeno para su metabolismo. El
subproducto de esta actividad es sulfuro de
hidrógeno (H2S). Este subproducto tiene
una solubilidad baja en las aguas residuales
y un fuerte e irritante, olor a huevos
putrefactos. Pero el olor es tan solo el
síntoma del H2S. El principal problema que
acarrea es el de la corrosión, como se
explicará más adelante.
Corrosión asociada con la presencia de
sulfuro de hidrógeno en los efluentes
La corrosión causada por la presencia del
sulfuro de hidrógeno en las plantas de
tratamiento es un problema bien estudiado y
documentado. Esta corrosión se inicia
cuando las bacterias oxidan el H2S a acido
sulfúrico en las superficies de los caños o
en las paredes de concreto. El ácido
sulfúrico corroe el concreto, tras lo cual el
armazón de acero es expuesto y comienza
también a corroerse. Las entradas hombre
y los tanques de decantación son los que
más sufren de este tipo de corrosión.
Efluente
Condiciones
Anaerobias
Proceso de corrosión causado por H2S
El sulfuro de hidrógeno también causa
corrosión en las instalaciones eléctricas y en
las construcciones de metal. El mecanismo
OFICINAS y PLANTA: AVENIDA INDUSTRIA No. 9, COL. INDUSTRIAL CERRO GORDO ECATEPEC DE
MORELOS, ESTADO DE MEXICO, C. P. 55420 / TELS. 56 99 08 00, FAX: 56 99 08 01
de corrosión de los metales es de una
reacción directa entre el Sulfuro de
Hidrógeno y el metal, con la siguiente
formación del sulfuro metálico.
Los problemas de corrosión son entonces
una de las consecuencias más graves de la
presencia de ácido sulfhídrico en las
cañerías.
Razones para el aumento en el uso de
Interior de cañería de concreto: el armazón de
acero está expuesto
H2O2
Muestras de cañerías afectadas por ácido sulfhídrico
Eliminación del Ácido Sulfhídrico
Por más de 50 años, la manera
convencional de ocuparse de los olores que
emanan de las plantas de tratamiento de
aguas residuales es la de pre-tratar el
afluente cloacal con cloro. Un número
creciente de plantas de tratamiento ha
revisado esta situación y eligieron una
respuesta distinta: peróxido de hidrógeno
(H2O2). Sus resultados demuestran que el
H2O2 puede sustituir el cloro con una
reducción de costos, y con las ventajas
notables de este producto. Este artículo
identifica a continuación los factores que
condujo a seleccionar el H2O2 para el
control del olor de las cámaras de
recepción.
1. Tendencia de la industria de eliminar el
cloro (y sus riesgos asociados). El
Standard
de
Proceso
de
la
norteamericana OSHA - 29 CFR 1910.119
requiere que las instalaciones se preparen
para el manejo comprensivo en casos de
derrames
catastróficos
de
ciertos
materiales tóxicos. Esto implica análisis
de peligros de proceso, procedimientos de
funcionamiento
del
Standard,
entrenamiento
del
empleado,
las
investigaciones de cada incidente,
planeamiento
y
respuesta
de
la
emergencia, y las auditorias periódicas de
cumplimiento. Al ser un gas comprimido
tóxico, el cloro está comprendido dentro
de estas regulaciones si está almacenado
en cantidades a 680 kg. Esto incluye el
tamaño Standard de los cilindros, el cual
es de una tonelada.
Los costos a
conformarse con la ley se han estimado
como sigue.
Modificaciones planta
US $1,000,000 3,000,000
Documentación
US $ 150,000 500,000
Total
US $1,150,000 3,500,000
OFICINAS y PLANTA: AVENIDA INDUSTRIA No. 9, COL. INDUSTRIAL CERRO GORDO ECATEPEC DE
MORELOS, ESTADO DE MEXICO, C. P. 55420 / TELS. 56 99 08 00, FAX: 56 99 08 01
NOTA. Las modificaciones de planta incluyen los cuartos de
almacenaje con presión negativa equipados con sistemas
de tratamiento de vapor en caso de emergencia (terminar
con energía de reserva, el etc.) para contener y para
neutralizar un derrame accidental.
Sin embargo, el Hipoclorito de Sodio
consume cerca de cinco veces mas de
solución
para
obtener
efectos
equivalentes en la eliminación del H2S.
Esto entonces abre el campo a otros
agentes de control de olor, tales como el
peróxido de hidrógeno. Además de
funcionar perfectamente bien (para el
control de olor de las plantas de pretratamiento y estaciones de bombeo), el
costo de tratamiento con H2O2 es
considerablemente más barato que el
Hipoclorito, con los costos reales estando
más cercano al gas cloro (véase el cuadro
1). Los dos factores de costo para el H2O2
son la dosis y el precio unitario. La dosis
se cubre en los estudios de caso que
siguen.
Además, la ley indica que los programas
de PSM deben ser mantenidos y
revisados al menos cada tres años. Esto
puede agregar otros $25.000 - $75.000
dólares por año al costo. Además,
también están los costos para el seguro
de
responsabilidad
suplemental.
Claramente, estos costos afectan el costo
real para usar el cloro. Para una planta
típica usando 2-3 toneladas al día, el
costo completo para el cloro puede
aumentar en cerca de $150 a $250-400
por tonelada. Perceptiblemente, el H2O2
(35% y el 50%) son exentas de ser
manejados como productos que requieren
de estas inspecciones.
2. Costo mas bajo de H2O2 cuando se
compara con otros productos químicos
La primera respuesta lógica al aumento
de costos para el cloro es cambiar a cloro
líquido (hipoclorito del sodio, NaOCl), el
cual no es un material controlado por las
Cociente práctico
peso
(como 100%)
Costo
unitario
típico
Requisito
(por día)
Costo eficaz
($ por día)
Cloro (granel)
6-8: 1
$300/Ton
0.6-0.8
toneladas
$180-240
Cloro (cilindros)
6-8: 1
$500/Ton
0.6-0.8
toneladas
$300
Hipoclorito de sodio
(12.5%, 1.1 libras/galón)
6-8: 1
$0.40/Gal
960-1280
galones
$380-510
1.2-1.5: 1
$3.45/Gal
48-60
galones
Oxidante
Peróxido de Hidrógeno
(50%, 5.0 libras/galón)
$165-210
normas OSHA.
OFICINAS y PLANTA: AVENIDA INDUSTRIA No. 9, COL. INDUSTRIAL CERRO GORDO ECATEPEC DE
MORELOS, ESTADO DE MEXICO, C. P. 55420 / TELS. 56 99 08 00, FAX: 56 99 08 01
Cuadro 1. Costos comparativos para los productos químicos del control del olor de las cámaras de
recepción (costos típicos para tratar 200 libras/día de H2S liquid-phase, e.g., 5 mg/l en
magnetohidrodinámica 5).
3. Reacción eficiente del H2O2 con H2S.
A un
pH neutro de aguas residuales
municipales, la reacción del H2O2 con el
sulfuro es como sigue, resultando en sulfuro
y agua elementales.
H2O2 + H2S ----> S + 2H2O
La eficacia en la cual ocurre esta reacción
depende en la práctica de muchos factores,
el más importante es el tiempo
de
reacción y duración disponibles del control.
Oxigeno
Disuelto
H2S
H2S
La gama óptima es típicamente entre 5-20
minutos y 1-2 horas. Sin embargo, en varios
estudios de caso los cocientes prácticos
más cercanos al teórico son mas
alcanzables si uno puede funcionar más
cerca a la gama óptima.
¿Qué pasa con el exceso de H2O2?
¿Reacciona con amoníaco o con los
muchos orgánicos presentes en las aguas
residuales, al igual que cloro y el
hipoclorito? Se descompone en oxígeno y
agua. Esto puede ser confirmado siguiendo
el oxígeno disuelto que demuestran
típicamente un aumento estequiométrico en
lo referente a exceso de H2O2 - 1 mg/l del
H2O2 residual lanzará 0.5 mg/l O.D. Para los
usos de las cámaras de recepción, esto da
lugar a un perfil caracterizado en el cuadro 3
(abajo). Esto tiene valor práctico en la
generación en clarificadores en ese sentido
descendiente - un aspecto de control del
sulfuro no producido por el cloro o el
hipoclorito.
Tiempo de Reacción (minutos)
Cuadro 3. H2O2 típico - perfil de la reacción del sulfuro (en aguas residuales domésticas).
OFICINAS y PLANTA: AVENIDA INDUSTRIA No. 9, COL. INDUSTRIAL CERRO GORDO ECATEPEC DE
MORELOS, ESTADO DE MEXICO, C. P. 55420 / TELS. 56 99 08 00, FAX: 56 99 08 01
Conclusiones
Entre los varios beneficios del uso del
Peróxido de Hidrógeno, se pueden destacar
los siguientes:
•
Oxida y elimina rápidamente al
Sulfuro de Hidrógeno del sistema
•
Añade oxígeno disuelto al sistema,
imposibilitando la regeneración del
sulfuro de hidrógeno en el sistema
•
La descomposición del peróxido de
hidrógeno no genera productos
nocivos al medio ambiente, como
compuestos clorinados
•
El sistema de inyección de peróxido
se puede adaptar para cualquier
efluente, sea cual fuere el contenido
de Sulfuro de Hidrógeno o variación
durante el día
Experiencia de campo ha mostrado que en
un sistema típico de tratamiento de agua, el
nivel del Sulfuro de Hidrógeno en el aire por
debajo de 1 ppm en las áreas donde había
mas turbulencia de los efluentes a menos
de 90 minutos de iniciarse la inyección de
peróxido. Esto lleva a la supresión del olor
en el sistema así como detener el proceso
de deterioro y corrosión de la planta.
FMC ofrece el servicio para implementar
sistemas de control de sulfuro de
hidrógeno.
•
Monitoreo
y
Diagnóstico
de
contenido de sulfuro de hidrógeno
durante el día y la noche
•
Elaboración de un plan de control
de sulfuro de hidrógeno
•
Ingeniería e instalación de sistemas
autocontenidos de inyección de
peróxido de hidrógeno, con tanques
de almacenamiento y bombas
programables
•
Puesta en marcha del sistema
•
Sistema CRI de monitoreo remoto
de nivel de tanque y entrega de
producto
•
Monitoreo
periódico
del
funcionamiento del sistema, con
recalibración
del
sistema
de
inyección, optimizaciòn del mismo y
mantenimiento
Otros beneficios que se han encontrado con
el uso del peróxido es el de un incremento
en la generación de gas metano en los
digestores. Esto se debe fundamentalmente
a que el peróxido descompone ciertos
productos como la lignina residual de fibra
de papel o ciertos biopolímeros, facilitando
entonces la labor de los microorganismos
en la descomposición de compuestos
orgánicos y elaboración de metano. El
peróxido es, además, un eficiente
compuesto para evitar el proceso de
´bulking´ en los sedimentadotes y
concentradores.
OFICINAS y PLANTA: AVENIDA INDUSTRIA No. 9, COL. INDUSTRIAL CERRO GORDO ECATEPEC DE
MORELOS, ESTADO DE MEXICO, C. P. 55420 / TELS. 56 99 08 00, FAX: 56 99 08 01