tren de tratamiento

CAPÍTULO III
TREN DE TRATAMIENTO
3.1 Tratamiento de aguas residuales de una línea de pretratamiento
metálico
Cuando una línea de pretratamiento metálico está operando se generan aguas residuales.
Esto debido a que algunas etapas del proceso necesitan mantener ciertos parámetros, lo que
se logra adicionando constantemente ya sea agua desionizada o agua de la toma municipal.
Una planta de tratamiento para este tipo de aguas residuales se conforma de 7 etapas:
tanques colectores, un tanque de coagulación, un tanque de floculación, un clarificador, un
tanque de lodos, un filtro prensa y por ultimo un tanque de efluentes [19]. La Figura 18
muestra el diagrama de bloques del tren de tratamiento de una línea de pretratamiento
metálico.
3.1.1 Tanques colectores
En estos tanques se recibe el agua residual proveniente del proceso de pretratamiento
metálico. Estos tanques deben de ser de volúmenes grandes, de preferencia que puedan
contener el volumen de alguna etapa de enjuague. Los tanques colectores deben de ser 3, ya
que uno deberá de colectar el agua residual ácida del proceso de pretratamiento mientras
que el segundo deberá de colectar el agua alcalina. Por último el tercer tanque colector será
donde se colecte el agua residual proveniente de los enjuagues 1, 3 y 4. Esto debido a que el
pH de estas aguas residuales se mantiene en un rango de 6 a 7 por lo que es más fácil de
tratar [17].
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Colector
alcalíno
Ácido
sulfúrico
Colector
ácido
Colector
Floculador
Coagulador
Cloruro
férrico
Hidróxido de
sodio
Polielectrolito
Clarificador
Hidróxido de
sodio
Ácido
sulfúrico
Lodos
Retorno de agua sin lodos
Filtro
prensa
Tanque de
lodos
Confinamiento
Fig. 18 Diagrama del proceso de tratamiento de aguas residuales.
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Tanque
efluentes
Alcantarillado municipal
Efluente
Durante los días productivos de la línea de pretratamiento sólo se tienen aguas residuales
provenientes de los enjuagues 1, 3 y 4, por lo que los tanques colectores ácidos y alcalinos
quedarán fuera de servicio. Estos dos últimos solamente operan cuando las etapas de
desengrase, acondicionador, sello y enjuagues 3, 4 y 5 son desalojadas completamente de
los tanques donde son contenidas. Esto sucede solamente cuando se realizan
mantenimientos o que se preparen de nuevo los enjuagues y baños en el pretratamiento
metálico.
Para poder tratar las aguas residuales colectadas se puede utilizar bombas neumáticas de
diafragmas para bombear el agua hacia la etapa de coagulación. Estas bombas neumáticas
deben de tener filtros antes de la succión para poder atrapar sólidos e impedir que se dañen
las bombas (Figura 19).
Fig. 19 Bomba de diafragma.
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Además es indispensable realizar inspecciones de rutina a las bombas para asegurar su
funcionamiento así como retirar los lodos que se forman en el fondo de los tanques
colectores.
3.1.2 Coagulación
La coagulación es un proceso químico unitario empleado en el tratamiento de aguas que
persigue alterar el estado de los sólidos filtrables y en suspensión para facilitar su
separación mediante sedimentación. Una suspensión coloidal es un conjunto de partículas
de pequeña dimensión (del orden de mili- y decena de micras) que soportan cargas
eléctricas del mismo signo repartidas en su superficie [1].
Estas partículas en suspensión forman parte de las impurezas del agua causantes de
turbiedad y color (por ejemplo arenas, arcillas, cienos, partículas orgánicas) y se
caracterizan por su gran estabilidad ya que las repulsiones electrostáticas entre los coloides
impiden su agregación en partículas mayores sedimentables b[19].
La coagulación consiste en la neutralización de las cargas superficiales mediante la adición
de electrolitos [1]. La precipitación de un coloide se logra mediante la adición de un
electrolito de carga opuesta a la de las partículas coloidales y además el efecto aumenta de
manera considerable con el número de cargas que lleva el electrolito, esto se observa en la
Figura 20. Los productos químicos que suelen utilizarse para favorecer la coagulación de
las partículas coloidales suelen ser sales de hierro y aluminio, también algunos polímeros y
ayuda-coagulantes [20]
Aquí mediante la adición de cloruro férrico se desestabiliza la materia suspendida en forma
coloidal. Esto se logra alterando la capa iónica que rodea a las partículas coloidales. La
adición de cloruro férrico debe de ser controlada con un dosificador automático.
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Para controlar el pH en la fase de coagulación se tienen dosificadores automáticos que
funcionan con sensores de pH. Se programan de tal manera que a determinados valores de
pH estos dosifican ácido sulfúrico o sosa cáustica según sea el valor de pH que se tenga en
el tanque de coagulación. La Figura 21 describe un sistema de control de pH automatizado.
Fig. 20 Ilustración del mecanismo de coagulación – floculación [1].
Para lograr una buena homogeneización en el tanque se recomienda tener un agitador
automático. La limpieza de este tanque se recomienda solamente cuando se tenga periodos
largos de inactividad en el área de tratamiento de aguas residuales.
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Fig.21 Control automático de pH.
Los coagulantes son ampliamente utilizados en el tratamiento de agua. El objetivo del
coagulante es el desestabilizar suspensiones particuladas y el incrementar la tasa de
formación de flóculos. Las sales coagulantes hidrolizantes metálicas son utilizadas también
para formar precipitados floculantes, y ciertos materiales inorgánicos, como los fosfatos,
fluoruros y compuestos de arsénico [20].
Durante muchos años, la mayoría de las plantas de tratamiento que requerían un
coagulante, utilizaron la sal metálica hidrolizante, sulfato de alúmina. Los polímeros
orgánicos (polielectrolitos) alcanzaron una amplia difusión y uso en los años sesenta. Hoy
en día, la lista incluye sales de hierro férrico y sales de metales prehidrolizados. Los
coagulantes más usados en la práctica son sulfato de aluminio, cloruro férrico, sulfato
ferroso y sulfato férrico [20].
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3.1.3 Floculación
La floculación es una operación basada en la agregación de las partículas coloidales
previamente desestabilizadas en la etapa de coagulación, formando partículas de mayor
tamaño (flóculos) que permitan su sedimentación. La formación de estos flóculos se
favorece con la adición de polielectrolitos que se caracterizan por moléculas orgánicas
poliméricas que son ionizables. Estos compuestos forman puentes entre las partículas,
dando lugar a fenómeno de floculación con partículas de mayor tamaño que resultan
sedimentables.
El objetivo de la floculación es promover la interrelación de las partículas y formar
agregados que pueden ser eficientemente eliminados en subsiguientes procesos de
separación, como la sedimentación, flotación y filtración en lecho grueso. Para que tenga
lugar una buena floculación, la suspensión debe de estar desestabilizada. Esta se consigue,
usualmente, con la adición de un coagulante [20].
La clarificación del agua depende de una correcta aplicación de los conocimientos sobre la
coagulación y floculación. La aplicación de un polielectrolito como floculante permite la
cancelación de las cargas eléctricas sobre la superficie de los coloides permitiendo que
estas partículas se aglomeren formando flóculos. Estos flóculos, que al inicio son pequeños,
se empiezan a juntar formando aglomerados grandes que son fáciles de asentarse en el
clarificador. Para controlar el pH también se debe de tener sensores de pH para lograr una
buena floculación y además un agitador automático para lograr una buena
homogeneización.
3.1.4 Clarificador
Aquí la separación de sólido/líquido se realiza por medio de la sedimentación. Esto se logra
por la acción de la gravedad y para esto se necesita tener un peso de partícula adecuado. El
agua limpia sale por encima del clarificador hacia un tanque de efluentes mientras que los
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aglomerados se van depositando en forma de lodos en el fondo del clarificador. El
fenómeno de la sedimentación depende directamente del peso de la partícula y de la
viscosidad del líquido. La clarificación se utiliza como proceso para eliminar los sólidos en
suspensión [2]. Para una buena operación del clarificador deben de mantenerse los
rebosaderos limpios de flóculos arrastrados. Los agujeros de distribución de flujo pueden
ser obstruidos si los rebosaderos no están limpios. Esto puede causar características de
flujos desiguales, lo cual va a afectar la eficiencia del clarificador [2]. Además la purga de
lodos en el fondo del clarificador debe de realizarse cuando los flóculos se empiecen a
acarrear sobre las placas, se derramen en los rebosaderos y salgan del clarificador. Para
impedir esto simplemente hay que incrementar el número de evacuaciones de los lodos
hacia el tanque de lodos.
Un clarificador gravitacional, es el método más económico para remover sólidos de los
líquidos, debido a que la gravedad es una fuente de energía natural y es gratis. Un
clarificador simple provee una zona no turbulenta, donde a los sólidos suspendidos en el
líquido se les da el tiempo suficiente para que reposen en las placas y se resbalen al fondo.
Los clarificadores de placas inclinadas (Figura 22), son unidades compactas con una área
de sedimentación de menos del 25% del espacio requerido por clarificadores
convencionales [16].
3.1.5 Tanque de Lodos
Este sirve para colectar la mezcla líquida de lodos y agua provenientes del clarificador
cuando ésta empieza a dejar de clarificar el agua. Es importante considerar un tanque de
una capacidad grande para poder evacuar el volumen del clarificador por lo menos 2 veces
sin que el tanque de lodos rebase su capacidad de contención. Este tanque debe de tener una
salida conectada a una bomba para que mande los lodos a un filtro prensa. Se recomienda
además poner un sistema de aireación para impedir que los lodos en suspensión precipiten
al fondo del tanque y tapen la salida que lleva a la bomba.
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Fig. 22 Esquema de un clarificador de placas inclinadas [21].
3.1.6 Filtro Prensa
Una vez que el fondo del clarificador se llena de lodos éste es transportado por medio de
una bomba a un tanque de lodos. De ahí es bombeado hacia el filtro prensa. El filtro está
compuesto por placas bicóncavas, medio filtrante, estructura de soporte y un sistema
hidráulico como se puede ver en la Figura 23. El líquido es rápidamente bombeado dentro
de la concavidad. En cuanto la pasta comienza a acumularse la caída de presión aumenta y
el flujo filtrado disminuye. Bajo una presión constante el lodo se compacta mientras el
filtrado es forzado a través de la pasta, que ahora trabaja como medio de filtración. Así se
crea una pasta de lodo seco y de alta densidad, que puede ser manejado fácilmente para su
confinación. El agua filtrada libre de lodos puede ser regresada a cualquiera de los tanques
colectores.
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Fig. 23 Filtro prensa de placas.
3.1.7 Almacenamiento de efluentes
Éste es un tanque donde se colecta el agua tratada proveniente del clarificador. El tanque de
efluentes debe de tener un agitador así como un sensor de pH. El proceso de tratamiento de
aguas residuales se realiza cada vez que los tanques colectores llegan a su máxima
capacidad.
3.2 Características del efluente tratado.
Después de realizar el tratamiento antes descrito a las descargas de aguas residuales
provenientes del proceso de pretratamiento metálico se obtiene un efluente de buenas
condiciones donde no se presenta materia flotante y una temperatura igual a la del
ambiente.
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Cabe mencionar que de acuerdo a la norma oficial mexicana NOM-002-SEMARNAT1997, que establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de
aguas residuales a los sistemas de alcantarillado urbano o municipal, obliga a cualquier
planta o negocio de este rubro de pintura a realizar muestreos mensuales por parte de
agencias externas para poder cumplir con las Normas Oficiales Mexicanas.
En la Tabla 3 se enlistan los parámetros principales, los cuales deben de estar dentro de los
valores permitidos por las Norma Oficial Mexicana NOM-002-SEMARNAT-1996.
Tabla 3. Principales parámetros de muestreo del efluente y
rango permitido para resultados del tren de tratamiento.
Parámetros (miligramos por litro)
Promedio diario
Referencia
Grasas y aceites mg/L
75
NMX-AA-005-SCFI-2000
Arsénico total
0.75
NMX-AA-051-SCFI-2001
Cadmio total
0.75
NMX-AA-051-SCFI-2001
Cianuro total
1.5
NMX-AA-058-SCFI-2001
Sólidos sedimentables (mililitros por litro)
7.5
NMX-AA-004-SCFI-2000
Cobre total
15
NMX-AA-051-SCFI-2001
Mercurio total
0.015
NMX-AA-051-SCFI-2001
Níquel total
6
NMX-AA-051-SCFI-2001
Plomo total
1.5
NMX-AA-051-SCFI-2001
Zinc total
9
NMX-AA-051-SCFI-2001
Cromo hexavalente
0.75
NMX-AA-044-SCFI-2001
Fuente: Secretaria del Medio Ambiente y Recursos Naturales.[22].
Realizando un tratamiento a las aguas residuales del proceso de pretratamiento antes
descrito, se obtiene un efluente limpio. Este efluente además cumple con las
especificaciones de las normas oficiales mexicanas ya que todos los parámetros contenidos
en la Tabla 3 se encuentran en proporciones menores a los límites cuantificables.
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