XV CONGRESO DE INGENIERIA SANITARIA Y AMBIENTAL AIDIS CHILE. Concepción, Octubre de 2003 PLANTA PILOTO DE FILTRACIÓN DIRECTA LAGUNA NEGRA

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1 XV CONGRESO DE INGENIERIA SANITARIA Y AMBIENTAL AIDIS CHILE Concepción, Octubre de 2003 PLANTA PILOTO DE FILTRACIÓN DIRECTA LAGUNA NEGRA Gerencia de Técnica y Medio Ambiente Aguas Andinas S.A. Fernando Santander, Miguel Camus, Yves Lesty, Juan Carlos Sanhueza Av. Pdte. Balmaceda # 1398, Piso 11, Santiago, Chile fsantander@aguasandinas.cl Fono-Fax: / RESUMEN Con el objetivo de evaluar la factibilidad de tratamiento de las aguas del Sistema Laguna Negra para cumplir con las exigencias impuestas por el ente regulador, como también determinar los problemas de explotación asociados a dicho proceso y definir los parámetros de diseño para una planta a escala real; Aguas Andinas S.A. construyó una planta piloto con coagulación sobre filtración directa y cuyo diseño fue aportado por el Grupo Suez. Para la realización de la experiencia piloto fue seleccionado el recinto de San Nicolás, perteneciente a Aguas Andinas S.A., en el camino a Laguna Negra a 9 Km de San Gabriel. El funcionamiento de la planta piloto tuvo una duración de un año y su comportamiento fue adecuado, salvo ajustes menores de diseño que fueron necesarios para optimizar la operación. Los resultados permiten definir parámetros de diseño para una planta a escala real, de acuerdo a los periodos estacionales del año.

2 Introducción y Objetivos El Sistema Laguna Negra está conformado por el aporte de los caudales de Laguna Negra, Laguna Lo Encañado, Drenes Azulillos, Río Yeso y por los esteros Manzanito, San Nicolás, El Manzano y El Canelo; todos los cuales se incorporan a un acueducto ovalado de hormigón de 1,6 m de altura y 1,0 m de ancho, a lo largo de su recorrido de 87 Km. Este acueducto fue construido a principios del siglo pasado y tiene una capacidad máxima de porteo de 4 m³/s (ver figura 1). Las aguas crudas que alimentan el Acueducto Laguna Negra presentan en ciertas épocas del año parámetros problemas de presencia de algas y altos niveles de turbiedad, que obligan a considerar un tratamiento para alcanzar los niveles mínimos exigidos por los estándares de calidad vigentes. Aguas Andinas ante la obligación de filtrar todas las aguas superficiales a partir del 2005, decidió estudiar procesos de tratamiento que corrijan y mejoren la calidad de las aguas del Sistema Laguna Negra, de manera que puedan cumplir con la normativa vigente y a su vez evitar la pérdida de agua de algunas fuentes, que se produce cuando alguno de los parámetros aludidos sobrepasan las normas. El año 2000 Aguas Andinas con el apoyo del socio estratégico, propuso llevar a cabo un programa de una planta piloto de 2 l/s para filtración directa de las aguas del Sistema Laguna Negra, ubicada en el Recinto San Nicolás, camino a Laguna Negra. Los objetivos fueron validar la posibilidad de tratar las aguas del Sistema Laguna Negra, además de determinar los inconvenientes que aparecen en el proceso de filtración directa y definir los parámetros de dimensionamiento de este nuevo sistema de tratamiento. La ingeniería conceptual fue proporcionada por Suez-Environment; en cambio, la ingeniería básica, de detalles y las especificaciones de los equipos de la planta piloto fue llevada a cabo por Ondeo-Degrémont. La construcción de las obras civiles y el montaje del equipamiento, fue realizada por un contratista de Aguas Andinas, entre el 26 de Marzo y el 24 de Mayo del 2001; mientras que 2

3 la puesta en marcha fue realizada por la Subgerencia de Procesos y finalizó el 6 de Julio de del Los parámetros a estudiar fueron los siguientes: Parámetros físico-químicos - Turbiedad en línea a la salida de la planta - ph a la entrada de la planta - Contenido de algas a la entrada y salida de la planta - Fierro y manganeso a la salida 3

4 Figura 1: Ubicacion Planta cos Velocidad de filtración (8, 10, 12, 14, 16 m/h) - Evolución de la pérdida de carga (cada 150 mm en el espesor del material) Río Colorado - Frecuencia de lavado Pérdidas de agua (Consumos operacionales) Laguna Negra Embalse El Yeso Materiales y Métodos Río Maipo La planta piloto tuvo conformada por 2 sectores, uno que comprendía el sistema de abastecimiento Laguna de agua cruda a la planta y el otro correspondiente a los procesos propiamente tal La Obra Complejo Vizcachas El sector de abastecimiento de agua cruda lo conformaron las captaciones del Estero San Nicolás, Estero Manzanito, Río Yeso y Estero San Nicolás Acueducto Laguna Negra, así como sus correspondientes aducciones hasta la cámara de entrada a la planta piloto. Casas Viejas Viejas Parámetros hidráulicos Captación El Manzano Río Maipo Qda. El Peumo Toma Independiente Acueducto Toma Independiente El Manzano Qda.Papagayo Maipo 2000 Estero El Sauce San José de Estero San José Estero Coyanco Qda. La Calchona Planta Piloto Estero San Alfonso Captación Romazas Estero San Gabriel Estero Cascada Lo Encañado Estero Manzanito Drenes Azulillos Acueducto Laguna Negra RECINTO SAN NICOLÁS Velocidad de filtración (8, 10, 12, 14, 16 m/h) Evolución de la pérdida de carga (cada 150 mm en el espesor del material ) Frecuencia de lavado Pérdidas de agua (Consumos operacionales) 2000 Río Maipo Río Maipo Río Yeso Captaciones San Nicolás Manzanito Río Yeso Materiales y Metodos La planta piloto está formada por 2 sectores, uno que comprende el sistema de abastecimiento de agua cruda a la planta y el otro correspondiente a los procesos propiamente tal

5 El sector de abastecimiento de agua cruda lo conformaron las captaciones del Estero San Nicolás, Estero Manzanito, Río Yeso y Acueducto Laguna Negra, así como sus correspondientes aducciones hasta la cámara de entrada a la planta. Foto 1: Ubicación Planta Piloto Planta Piloto El sector de proceso se instaló dentro de un galpón metálico cerrado de 12 x 7 x 5.5 m y la línea de tratamiento de la planta estuvo conformada de la siguiente manera:? Alimentación: Desde la cámara de entrada el agua cruda a tratar se capta por medio de una bomba de tornillo horizontal, El caudal máximo de tratamiento de 2l/s se podía modificar mediante un variador de frecuencia instalado en la bomba, según la indicación de un caudalímetro en línea.? Precloración: Se inyectó hipoclorito de sodio en línea. Para ello la planta contó con un tanque de dosificación de 200 l y una bomba dosificadora a diafragma, de caudal 0 a 5 l/h.? Coagulación: Se utilizó cloruro férrico y sulfato de aluminio en forma separada para lo cual se contó con un estanque de 200 l y su correspondiente bomba de diafragma de caudal 0 a 5 l/h. La inyección se realizaba en un estanque de 500 l mediante agitación fuerte. 5

6 ? Partición de caudal: Se realizó mediante un estanque de nivel con cinco salidas de igual diámetro. Cada salida a filtro contiene un caudalímetro y una válvula mariposa para controlar el caudal que ingresa a cada uno de estos.? Filtración: Estuvo conformado por cinco columnas de filtración, construidas en tubos de acrílico transparente, de 367 mm de diámetro, con falso fondo perforado con toberas. El manto filtrante era del tipo bicapa, compuesto por una capa de 500 mm de arena talla efectiva 0,75 mm y 1000 mm de antracita talla efectiva 1,6 mm. A lo alto del manto filtrante se dispuso de toma muestras cada 150 mm, para evaluar la pérdida de carga mediante un nivel de mangueras de PVC cristal. Por encima del nivel del manto se dejó espacio para trabajar con un nivel de agua libre de 1200 mm. La altura total de las columnas de filtración es de 3,7 m.? Lavado de los filtros: Se realizó manualmente mediante contra - lavado con agua y aire. Para el suministro de agua se dispuso de una cisterna de agua filtrada de 2000 litros, y una bomba centrífuga e 5,5 m3/h. Para el suministro de aire se contó con un compresor exento de aceite de 6 Nm3/h.? Mediciones: La planta dispuso de mediciones de turbiedad y ph a la entrada de la misma y de turbiedad a la salida de cada filtro en forma continua y mediante un loger se pudo guardar los datos a distintas frecuencias (15 min. Para nuestro estudio), y luego rescatarlos con un Notebook.? Control de Laboratorio: Se realizaron muestreos semanales y mensuales para tener conocimiento de las aguas crudas y tratadas, para de esta forma ver la eficiencia del proceso y aspectos operativos susceptibles de mejorar y/o optimizar. 6

7 Foto2: Montaje Planta piloto Tabla N 1: Programa de Caracterización ITEM PARAMETRO FRECUENCIA ENCARGADO DEL ANALISIS 1 Turbiedad En línea Planta Piloto 2 PH En línea Planta Piloto 3 Dureza total Semanal Laboratorio Area Producción 4 Alcalinidad total Semanal Laboratorio Area Producción 5 Color Semanal Laboratorio Area Producción 6 Conductividad Semanal Laboratorio Area Producción 7 Sólidos totales Semanal Laboratorio Area Producción 8 Sólidos Semanal Laboratorio Area Producción filtrables 9 Bacteriológico Semanal ANAM 10 Fe Mensual Laboratorio Area Producción 11 Cu Mensual Laboratorio Area Producción 12 Mn Mensual Laboratorio Area Producción 13 Al Mensual Laboratorio Area Producción 14 Sulfatos Mensual Laboratorio Area Producción 15 Cloruros Mensual Laboratorio Area Producción 16 Algas Mensual ANAM. A continuación se muestra un esquema general de las instalaciones construidas.(diagrama de ingeniería) 7

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9 Resultados Caudal Filtro: Los filtros trabajaron a distintas tasas de acuerdo a las indicaciones de diseño. En la Tabla N 2 se muestran los caudales de trabajo, para cada filtro, más representativos de cada período, además se contempló trabajar la planta a máximo caudal en época de verano cuando los deshielos han terminado y donde las turbiedades son más bajas. Tabla N 2: Caudales de Trabajo FILTROS PRIMAVERA VERANO OTOÑO INVIERNO Filtro l/s 0.39 l/s 0.39 l/s 0.37 l/s Filtro l/s 0.33 l/s 0.33 l/s 0.41 l/s Filtro l/s 0.33 l/s 0.32 l/s 0.32 l/s Filtro l/s 0.32 l/s 0.26 l/s 0.27 l/s Filtro l/s 0.32 l/s 0.20 l/s 0.20 l/s En forma conjunta a la operación de la planta se realizó una caracterización de las aguas crudas pertenecientes al sistema Laguna Negra los cuales arrojaron los siguientes valores de turbiedad: Fuente Tabla N 3: Turbiedad Aguas Crudas Total Datos Turb. <= 1 Turb. <= 10 Turb. <= 40 Turb. > 40 Turb. <= 1 (%) Turb. <= 10 (%) Turb. <= 40 (%) Turb. > 40 (%) Río Yeso ,0% 58,9% 89,0% 11,0% Azulillos ,1% 100,0% 100,0% 0,0% Manzanito ,5% 71,8% 85,2% 14,8% San Nicolás ,0% 31,5% 62,9% 37,1% De acuerdo a las diferentes calidades del agua cruda, en los distintos períodos y a los diferentes caudales de operación de los filtros, se determinó que los valores operativos mas óptimos para este proceso fueron los siguientes: 9

10 Tabla N 4: Resultados de Operación (Valores promedio por cada período) Tasa de Filtración Hrs. de Carrera Agua Cruda Agua filtrada Reactivo OTOÑO 12 m/h 48:00 Hrs. 6 NTU 0,10 NTU Cl. Férrico 2 ppm INVIERNO 10 m/h 40:00 Hrs. 10 NTU 0,21 NTU PRIMAVERA 8 m/h 50:00 Hrs. 15 NTU 0,08 NTU Cl. Férrico (5 ppm) Poli aniónico (0,01) Cl. Férrico (8 ppm) Poli aniónico (0,02 ppm) VERANO 12 m/h 50:00 Hrs. 5 NTU 0,30 NTU Cl. Férrico (2 ppm) Tabla N 5: Abatimiento de Algas en Los Filtros Contenido Algas Agua Cruda Contenido Algas Agua Filtrada % Abatimiento de Algas Ago Sep Oct Nov Dic Ene Feb Comentarios y Conclusiones? La planta no presentó problemas significativos de diseño y operación a excepción del control de pérdidas de carga mediante piezómetros.? Riguroso control en la dosificación de reactivos, puesto que un exceso de éste, provoca el colmatamiento rápido del filtro.? El coagulante más eficiente fue el Cloruro Férrico, ya que comparado con el sulfato de Aluminio, presentó mejor rendimiento sobretodo ante las variaciones de ph.? Después de lavado el filtro no se deben ingresar de inmediato turbiedades altas (sobre 20 NTU). Se debe ambientar el filtro durante un lapso mínimo de 3 horas con turbiedad bajo los 20 NTU. 10

11 ? El filtro, una vez en operación por un lapso mayor a 3 horas puede soportar como máxima turbiedades 80 NTU, a una tasa de filtración de 8 m/h por un tiempo de 4 horas.? Las turbiedades altas de las aguas crudas son producidas principalmente por lluvias en el sector cordillerano durante el período de Invierno y por los deshielos producidos por las altas temperaturas en el período de Verano.? Un período prolongado de régimen de alta turbiedad para los filtros, no provoca una mala calidad del agua filtrada sino mas bien un colmatamiento más rápido de éstos, puesto que no existe un tratamiento preliminar. Las carreras podrían aumentar si se realizara una decantación primaria donde se abatiera un gran porcentaje de los sólidos en suspensión que arrastra el agua cruda, ya que en definitiva son los que colmatan rápidamente los filtros.? El ph del agua cruda varió durante el período de la experiencia entre 7,3 y 8,3; mientras que el ph de la filtrada estuvo entre 6,7 y 7.9.? El contenido de Fierro y Manganeso entre el agua cruda y filtrada siempre se mantuvo dentro de los límites de la Norma Chilena de Agua Potable.? El abatimiento de algas dentro del filtro fue de un 95% aproximadamente. Esto ayudado por la precloración. Sin embargo, en época de Verano ante la presencia de macroalgas, se produce un colmatamiento más rápido del filtro. 11