I PROYECTO INNOVADOR DE REUSO DE AGUAS USADAS EN UNA INDUSTRIA FARMACEUTICA: EL CASO DE WARNER-LAMBERT INC, PUERTO RICO

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1 I PROYECTO INNOVADOR DE REUSO DE AGUAS USADAS EN UNA INDUSTRIA FARMACEUTICA: EL CASO DE WARNER-LAMBERT INC, PUERTO RICO José E. Casas López (1) Ingeniero profesional licenciado en el Estado Libre Asociado de Puerto Rico. Posee un Bachillerato en Ciencias en Ingeniería Civil del Recinto Universitario de Mayagüez de la Universidad de Puerto Rico y un grado de Maestría en Ciencias de Recursos de Agua e Hidráulica de la Universidad de Cincinnatti, Ohio, E.U.A. El Ingeniero Casas posee más de 20 años de experiencia en la práctica de la ingeniería ambiental 17 de los cuales han sido en la industria farmacéutica. Axel E. Nieves Ingeniero profesional licenciado en el Estado Libre Asociado de Puerto Rico. Posee un Bachillerato en Ciencias de Ingeniería Química del Recinto Universitario de Mayagüez de la Universidad de Puerto Rico. El Ingeniero Nieves posee más de 12 años de experiencia en la práctica de la ingeniería ambiental dedicados todos a la industria química y farmacéutica. Dirección (1) : Warner-Lambert Inc., P.O. Box Vega Baja - Puerto Rico Teléfono (787) Fax (787) y RESUMEN Luego de haber desarrollado la infraestructura necesaria para suplir sus necesidades de tratamiento avanzado de aguas usadas, así como luego de haber instalado nuevas torres de enfriamiento y sistemas de generación de vapor, la compañía Warner-Lambert Inc.(WLI), localizada en el Municipio de Vega Baja, Puerto Rico, decidió en el año de 1998 evaluar la posibilidad del reuso de sus aguas usadas. Este proyecto tiene el potencial de reducir en gran medida la cantidad de aguas extraídas del subsuelo (única fuente de abasto de las instalaciones), asegurando la conservación del recurso. Se estima una demanda diaria futura para el reuso de aguas en los sistemas de enfriamiento y generación de vapor en el rango de 400 a 450 metros cúbicos al día. Debido a su alta calidad, el efluente industrial del sistema de tratamiento avanzado de WLI, cumple con estrictos estándares numéricos de descarga impuestos por la EPA (Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos). Componen este sistema, unidades de proceso de lodos activados, filtración de medio mixto y carbón activado, y unidades de osmosis revertida. El uso efectivo del efluente en la reposición de aguas para los sistemas de generación de vapor y de agua de enfriamiento (en lugar de su descarga en un cuerpo receptor superficial), trae consigo innumerables beneficios de índole económica y de conservación del medio ambiente. Se proyectan ahorros en exceso de $300,000 (USD) para el primer año de operación del sistema de reuso de aguas usadas en WLI. Este trabajo describe las evaluaciones hechas para determinar la viabilidad del proyecto de reuso de aguas usadas en las instalaciones de la compañía, las medidas tomadas para su implantación y los resultados obtenidos del mismo. PALABRAS CLAVE: Efluente, Reuso, Osmosis Revertida, Permiso de Descarga NPDES, EPA. INTRODUCCIÓN La compañía Warner-Lambert Inc. (WLI), posee instalaciones de manufactura de productos farmacéuticos, de consumo y confitería en la ciudad de Vega Baja, localizada apróximadamente a 30 kilometros al oeste de San Juan, capital de Puerto Rico. Emplea alrededor de 1,500 empleados y sus instalaciones están dentro de un predio de alrededor de 180,000 metros cuadrados. Las instalaciones de la compañía se nutren únicamente de un acuífero llano para satisfacer sus necesidades de agua potable. Esta agua pasa a ser purificada para uso en procesos de manufactura, y para alimentar los sistemas de enfriamiento y generación de vapor. El consumo promedio de agua extraída del subsuelo en la localidad para el año de 1998, fue de 900 metros cúbicos al día. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 Todas las aguas usadas generadas en las instalaciones, incluyendo la porción sanitaria y de proceso, son conducidas a través de un sistema de alcantarillado hacia una planta de tratamiento avanzado, desde donde el efluente tratado se descarga hacia el Río Cibuco del Municipio de Vega Baja en Puerto Rico. Este efluente tiene que cumplir continuamente con estrictos estándares de calidad de agua impuestos por la Junta de Calidad Ambiental (agencia gubernamental que regula la protección del medio ambiente en Puerto Rico) y por la Agencia de Protección Ambiental del gobierno federal de los Estados Unidos de America (EPA por sus siglas en inglés). La calidad y consistencia del efluente dieron margen al desarrolo de este proyecto de reuso. TRASFONDO Como parte de un proceso de crecimiento operacional, WLI decidió a mediados de 1995 iniciar la expansión de su planta de tratamiento de aguas usadas, aumentando la capacidad hidráulica de la misma de 665 hasta 950 metros cúbicos por día, para dar acomodo a nuevos niveles de producción y mantener una reserva para desarrollos futuros. Estaba envuelta a su vez desde junio de 1993 en el proceso de renovación de su permiso de descarga NPDES otorgado por la EPA. A tono con el mandato impuesto por la Ley Federal de Aguas Limpias de los Estados Unidos, toda entidad poseedora de un permiso de descarga NPDES debe de cumplir con límites de concentración cuantitativos para los contaminantes presentes en las descargas autorizadas, así como también con una serie de cláusulas que garantizen el cumplimiento con los Estándares de Calidad de Aguas aplicables en el estado o región donde se otorge el permiso. Para cumplir con los límites de descarga asociados con este permiso, WLI decidió construir un nuevo sistema de tratamiento avanzado proveyéndose de las siguientes unidades: 1. Tanque de igualación de 950 metros cúbicos. 2. Cámaras de selección anaeróbica, usadas para reducir la concentración de nitratos, minimizar el crecimiento de bacterias filamentosas y fomentar el consumo biológico de fósforo. (Proceso de denitrificación) 3. Tanques de aereación y sedimentadores (Proceso lodos activados) para reducir niveles de DBO, DQO, y sólidos suspendidos. 4. Cámara de desinfección (cloración). 5. Filtros de medio múltiple. 6. Flitros de carbón activado para remover DQO, color, detergentes, fenoles y otros compuestos orgánicos. 7. Dos unidades de sistema de osmosis revertida con capacidad de 600 metros cúbicos al día cada una, para remover sólidos disueltos, cloruros, sulfatos, metales disueltos y algunos compuestos orgánicos. 8. Dacarbonador, para remover dióxido de carbono gas y ajustar el ph del efluente. 9. Sistema de prensado de lodos. 10. Sistema de tratamiento del concentrado proveniente de la unidad de osmosis revertida y de los sistemas de purificación de agua para manufactura, enfriamiento y generación de vapor. La Figura 1 presenta un diagrama esquemático de la planta de tratamiento de aguas residuales. La Tabla 1 presenta un resumen de la calidad del efluente de esta planta de tratamiento, así como los límites de descarga permitidos por la EPA. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2

3 Sedimentadores Tanque de Igualación Tanque Aereación Filtro de Prensa Tanque Lodos Espesador Lodos Hacia Relleno Sanitario Filtros Medio Mixto Hacia Planta Municipal de Tratamiento Salmuera Descarga Hacia Cuerpo Receptor Decarbonador Unidad Osmosis Invertida Tanque T-10 Filtros Carbón Activado Figura 1: Diagrama Esquemático de la Planta de Tratamiento de Aguas Usadas WLI. TABLA 1:Características Típicas de Calidad del Efluente de Planta de Tratamiento de WLI. LÍMITE PERMITIDO EN CONCENTRACIÓN PARÁMETRO DESCARGA TÍPICA DE EFLUENTE (Mismas Unidades de Concentración) DBO 5 < 5.0 mg/l 20.0 DQO 10.0 mg/l 220 Prom max. Aceites y Grasas 5.0 mg/l 10.0 Prom max. Nitrato/Nitrito 3.0 mg/l 50.0 FósforoTotal < 0.5 mg/l 7.63 Cloruros 62.0 mg/l 2000 Cadmio < 0.15 ug/l 15.0 CromoTotal <0.6 ug/l 50.0 Cobre 4.0 ug/l Plomo < 2.0 ug/l 63.7 Plata < 0.5 ug/l 13.0 Cinc 8.0 ug/l Selenio < 2.0 ug/l 10.0 Surfactantes 35 ug/l 251 Sólidos Disueltos Totales 150 mg/l 4000 ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 Los lodos generados en el sistema de tratamiento biológico y en el sistema de tratamiento del concentrado de osmosis revertida, son prensados periódicamente, hasta llevarlos a una concentración de sólidos aproximada de 25%, y dispuestos posteriormente en cumplimiento con los requisitos regulativos aplicables en un relleno sanitario. Los residuos líquidos provenientes del sistema de osmosis revertida (salmuera concentrada), y de los sistemas de purificación de agua para manufactura, o generación de vapor, pasan por un proceso de tratamiento químico independiente para la remoción de metales, (control de ph, adición de polímero y sedimentación). Los lodos generados es este último proceso se prensan junto a los lodos del sistema biológico. El efluente del tratamiento químico se acarrea en camiones tanque hacia las instalaciones de una planta regional de tratamiento de aguas usadas en San Juan perteneciente a la Autoridad de Acueductos y Alcantarillados de P.R. (AAAPR) Las descargas a granel de esta salmuera tratada se rigen por un permiso de pretratamiento administrado por AAAPR. El costo aproximado de acarreo para la disposición anual de esta salmuera antes de implantarse el proyecto de reuso de aguas era de US $ 230,000. OBJETIVOS Este proyecto se concentra en el objetivo de implantar opciones de reuso de agua justificables tanto desde un punto de vista de protección del ambiente, como económico. Es sabido que la calidad del efluente industrial tratado en WLI supera a la de su fuente de abasto (agua subterránea), en términos de dureza, alcalinidad y sólidos disueltos. Esto significa que existen varias oportunidades para reuso del efluente dentro de las instalaciones. Fue necesario por tanto establecer los puntos de posible reuso y los caudales necesarios para satisfacer la demanda de agua en los mismos. Tambnién fue necesario desarrollar un balance de agua en el sistema de tratamiento para determinar el caudal neto disponible de efluente listo para ser reusado La Tabla 2 compara la calidad el efluente industrial de WLI con las aguas del acuífero que suple a las instalaciones a través de dos pozos. La comparación se basa en los parámetros de dureza, alcalinidad y sólidos disueltos totales (SDT). Tabla 2:Comparación de Efluente Industrial con Aguas del Acuífero. CONCENTRACIÓN PROMEDIO ORIGEN DE AGUAS DUREZA mg/l CaCO 3 ALCALINIDAD mg/l CaCO 3 SDT mg/l Efluente tratado Pozo Norte Pozo Sur Se entiende que mediante el reuso de aguas de efluente, WLI podrá proteger y asegurar la calidad de las aguas del subsuelo en sus inmediaciones. La cercanía del mar con respecto a las instalaciones de WLI hace latente el potencial de intrución salina en esta porción del acuífero llano. Una reducción en el volumen de extracción del acuífero reduce significativamente este potencial. Los beneficios resultantes de la implantación de este proyecto se resumen a continuación: 1. Beneficio al medio ambiente al reducirse la extracción de aguas del subsuelo. Se reduce por este medio el potencial de intrusión salina en el acuífero. 2. Reduccion de pago de tarifas por la extracción de aguas. 3. Redución de costos energéticos asociados al bombeo para extracción de aguas desde él único abasto disponible en las instalaciones. 4. Reducción de frecuencia de regeneración de sistemas de purificación (suavizadores etc.) de aguas extraídas del subsuelo para enfriamiento y generación de vapor. 5. Reducción de purgas en sistema de calderas hacia la planta de tratamiento, (reducción que podría totalizar hasta 25 metros cúbicos por día). 6. Reducción de cargas de sólidos disueltos que llegan a la planta de tratamiento. 7. Reducción de acarreos de salmuera hacia sistema regional de tratamiento de la AAAPR. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4

5 8. Reducción de uso de químicos para tratamiento de aguas de enfriamiento y generación de vapor. 9. Reducción de consumo de combustible en calderas ante el potencial de aumentar los ciclos de concentración desde 10 hasta 30 ó hasta 50 ciclos. METODOLOGÍA EMPLEADA Según mencionado anteriormente, para determinar las oportunidades de reuso de agua en sus instalaciones, WLI evaluó los puntos de uso de agua, además de la cantidad y calidad requerida para suplir este recurso en tales puntos. A su vez estimó los costos de implantación de las medidas necesarias para proveer estos puntos con el agua de reuso. La Tabla 3 resume los puntos principales de esta evaluación. Tabla 3: Resumen Evaluación de Puntos de Reuso Aguas Usadas. OPCIÓN DE REUSO DEMANDA O CAUDAL COSTO DE ESTIMADO (mcd) 1 INSTALACIÓN Torres de Enfriamiento 320 $60,000 Calderas 120 $50,000 Enfriado Sellos Mecánicos de Bombas $7,000 Lavado de prensa de lodos en planta de tratamiento. 19 $1, mcd: metros cúbicos al día. Las oportunidades mas atractivas resultaron ser las de uso en sistema de torres de enfriamiento, generación de vapor (calderas), y la de enfriamiento de sellos de bombas mecánicas en la planta de tratamiento. Otra oportunidad de reuso que al presente está siendo evaluada es la de irrigación de jardines. Se contempla que en un futuro WLI pueda usar su efluente en unidades de control de contaminación atmosférica. La Figura 2 representa un diagrama esquemático del sistema de reuso de aguas implantado. Opción Descarga a Cuerpo Receptor Evaporación 176 mcd Reuso en operaciones P.T. 170 mcd Entrada 220 mcd agua O.I. Sin Suavizar Torres Enfriamiento Purga Torres Enfriamieto 450 mcd P. T. 500 mcd Sistema O.I. 330 mcd actual Suavizador 110 mcd Reducción Purga Calderas De 30 mcd a 5.3 mcd Calderas 44 mcd Salmuera Hacia Planta de Tratamiento Municipal Reducción Salmuera de 34 a 0.37 mcd Nota Se reducen el volumen de Purgas de Caldera con el Aumento en Ciclos de Concentración 50 mcd La Figura 2 Diagrama Esquemático del Sistema de Reuso de Aguas Implantado. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5

6 ACTIVIDADES DESARROLLADAS Para poder llevar a cabo la actividad de reuso de aguas, se construyó una estación de bombeo y tubería para interceptar la descarga de efluente que se envía hacia el cuerpo receptor y llevarlas hacia los puntos de uso. El agua interceptada se almacena en tres tanques que suman un volumen de alrededor de 450 metros cúbicos previo a distribución. El agua de pozo suavizada, se usará como fuente de abasto alterna para sustentar las necesidades de agua en los sistemas servidos cuando el volumen de aguas usadas disponible no alcance para satisfacer su demanda en los puntos de uso. Para usar adecuadamente este efluente en la generación de vapor se instalaron dos suavizadores que acondicionan las aguas previo a su uso en las calderas. RESULTADOS OBTENIDOS Para el mes de agosto de 2000 se empezó a reusar todo el efluente de la planta de tratamiento, distibuyéndose el mismo hacia las torres de enfriamiento y las calderas de generar vapor. En un circuito interno, se ha logrado reusar aproximadamente 170 metros cúbicos diarios de agua parcialmente tratada en el enfriamiento de sellos mecánicos de bombas y en filtrado de prensas de lodos. Antes de ese mes no se había terminado con la implantación de el sistema de reuso de aguas en las calderas, constituyendo la cantidad de agua en esta aplicación hoy reusada en su mayoría como parte del efluente (alrededor de 115 mcd). Como consecuencia de este reuso, se ha reducido considerablemente el tratamiento de agua del subsuelo para uso de enfriamiento, por lo que la salmuera generada en la regeneración de los suavizadores correspondientes ha disminuído también. La Figura 3 presenta una comparación de los volúmenes de extracción de agua del abasto subterráneo, así como el volumen de reuso, y de descarga hacia el Río Cibuco de Vega Baja en los primeros 7 meses del año Figura 3 : Relación: Extracción, Reuso y Descarga de Aguas en Instalación de WLI. 35,000 30,000 Metros cúbicos de agua 25,000 20,000 15,000 10,000 5,000 0 Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dec Ene Feb Mar Apr May Jun Jul Agua Descargada (m3) Agua Extraída (m3) Agua Reusada (m3) La disposicón de la salmuera generada en las instalaciones ha sido reducida desde aproximadamente 4000 a 2,600 metros cúbicos mensuales desde el inicio de la actividad de reuso en octubre de Esto representa un ahorro aproximado de $ 100,000 al año. La Tabla 3 presenta un resumen de los ahorros obtenidos al implantarse las oportunidades identificadas en este artículo. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 6

7 Tabla 3: Resumen de oportunidades de reuso de aguas y los ahorros. Oportunidad Antes Después Reducción Ahorros ($US) Extracción Agua Pozo 328, , ,147 $95,000 Acarreo de Salmuera 36,742 21,970 14,772 $91,000 Sal (toneladas métricas) $18,000 Acido Hidroclórico $21,300 Soda Cáustica $13,700 Polímero $61,000 TOTAL $300,000 CONCLUSIÓN La calidad de agua del efluente industrial permite que el mismo sea usado como fuente de agua para varias operaciones en la localidad. Una vez se aumente el reuso de este efluente en la generación de vapor en adición a su uso para alimentar el sistema de torres de enfriamiento, se esperan beneficios directos al ambiente y una reducción anual aproximada de $300,000 corroborándose en su mayoría los beneficios descritos anteriormente. COLABORADORES Los logros de este extraordinario proyecto de reuso de aguas usadas no hubieran sido posibles sin la colaboración de los siguientes colegas que con su empeño y dedicación contribuyeron a que todas las medidas de reuso fuesen implantadas: 1. Benigno Robles Director Departamento de Ingeniería 2. Félix Torres Gerente de Utilidades y Control Ambiental 3. Ana Cosme Analista Químico Ambiental 4. Pedro Colóm Gerente de Proyectos de Ingeniería. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. GUIBAS, ISRAEL. Operational Cost Savings from R.O Re-Use. (Evaluation Memorandum). July PARSONS ENGINEERING SCIENCE ASSOCIATES. Effluent and Brine Reuse Engineeering Study for Warner-Lambert Inc., Vega Baja Puerto Rico. January ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 7

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