DIAGNÓSTICO DEL FUNCIONAMIENTO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES. Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (Municipales) CALVILLO.

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1 DIAGNÓSTICO DEL FUNCIONAMIENTO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (Municipales) CALVILLO. PROYECTOS Y EDIFICACIONES EN GENERAL S.A. DE C.V. CONTRATO: SERV-INA-IRF MARZO DE 2011

2 I. Contenido II. Introducción III. Marco Teórico IV. Descripción de la cantidad y calidad del agua afluente y efluente del sistema V. Descripción de las condiciones de funcionamiento y operaciones unitarias actuales VI. Revision del diseño a. Condiciones de Diseño b. Revision del diseño (condiciones actuales) VII. Revision de la Especialidad Civil Tanques Edificaciones Obras Complementarias VIII. Revision de la Especialidad Mecanica a. Medicion de flujo, afluente y efluente b. Bombas Sumergibles c. Sopladores a. Bombas de extracción b. Mezcladores c. Filtro Banda d. Válvulas de compuerta e. Tuberías f. Pailería IX. Revisión de la especialidad eléctrica Subestación Planta de emergencia Centro de Control de Motores Sistema de Distribución y Conexiones Sistema de Protección Sistema de Instrumentación y control X. Identificación de la posibilidad de mejorar la eficiencia del proceso a. Mejoras en aspectos de proceso Pre tratamiento Tratamiento Secundario Sistema de desinfección Digestor de Lodos Desaguado de Lodos

3 b. Mejoras en aspectos de obra civil c. Mejoras en aspectos de obra mecánica d. Mejoras en aspectos de obra eléctrica y de instrumentación Subestación Planta de emergencia Sistema de Distribución y Conexiones Sistema de Protección Otros En Aspectos de Instrumentación y Control XI. Catalogo de eventos y alcances Catalogo de eventos Alcance de los trabajos Anexo Fotográfico de la Visita XII. Referencias Bibliográficas

4 II. Introducción. El valor del agua para el ser humano es innegable, no solo forma parte del 65% de nuestro cuerpo, sino que es materia de control y desarrollo para toda civilización. Desde la antigüedad, las grandes civilizaciones (Egipto, Mesopotamia, Grecia, Roma, etc.) florecieron gracias al dominio que tuvieron en zonas con grandes recursos hídricos. Todos los desarrollos humanos se generaron en zonas donde los ríos o manantiales podían generar los recursos necesarios para el desarrollo de la vida, tal como se puede constatar en la historia de formación de casi todos los asentamientos humanos en el mundo. Existe en la historia, etnias que han perdurado a pesar de ser un grupo reducido, puesto que han tenido como base la salud, entre ellas, la población judía. El código ambiental más antiguo se encuentra en la Biblia, este es el ordenamiento que se da a los judíos en el periodo del éxodo, del cual podemos leer en Deuteronomio 23: 12 Tendrás fuera del campamento un lugar, y saldrás allá fuera. 13 Llevarás en tu equipo una estaca, y cuando vayas a evacuar afuera, harás un hoyo con la estaca, te darás vuelta, y luego taparás tus excrementos. 14 Porque Yahveh tu Dios recorre el campamento para protegerte y entregar en tu mano a tus enemigos. Por eso tu campamento debe ser una cosa sagrada, Yahveh no debe ver en él nada inconveniente; de lo contrario se apartaría de ti. Esta norma, de seguimiento obligado por los Judíos, escrita hace más de 3,400 años, ya marcaba un cuidado especial con el manejo de los excrementos, así que es de conclusión simple que las grandes pestes que han azotado a la humanidad por manejo inadecuado de la sanidad, han sido menores para este tipo de civilizaciones, que cuidan los recursos y evitan su contaminación. Todavía en años muy recientes, en nuestro país muchas poblaciones descargaban en plena calle sus residuos y en países de extrema pobreza sigue siendo común el ver correr aguas residuales por el centro de las poblaciones. Por fortuna para el estado de Aguascalientes, el tema del tratamiento de aguas es una tarea que tiene como principal punto de enfoque la modernización y eficientización de las instalaciones de tratamiento de aguas residuales, pues la cobertura porcentual que tiene en infraestructura para el saneamiento de las aguas la hace estar en el primer lugar a nivel nacional (compartido con Nuevo León) (fuente Situación del Subsector Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento. Edición 2009, Comisión Nacional del Agua). En el caso particular de la Planta de Tratamiento Lomita de Paso Blanco, es un sistema que fue construido en el periodo de , bajo condiciones de diseño y limitaciones de recursos que forjaron un sistema de tratamiento adecuado para el momento, pero que al día de hoy debe ser 4

5 revisado para verificar no solo el cumplimiento de las condiciones de descarga, sino que también debe verificarse los aspectos de eficiencia y calidad alcanzables con las menores inversiones posibles. Con este objetivo en claro Proyectos y Edificaciones en General S.A. de C.V., ha implementado la metodología contenida en los términos de referencia del presente contrato, para aportar su experiencia en la revisión del diseño, la construcción e instalaciones, así como las operaciones llevadas a cabo en esta Planta de Tratamiento, para contrastarlas con la tecnología más actualizada para minimizar consumos energéticos y recursos materiales, así como para alcanzar niveles de calidad más allá de los requerido por la normatividad vigente. 5

6 III. Marco Teórico. ASPECTOS GENERALES DE UN SISTEMA DE AGUAS RESIDUALES. DIFINICIÓN. El agua residual, es básicamente la misma agua que se extrae de pozos, manantiales o de la potabilización de agua de ríos o almacenada en presas, que llega a nuestros hogares o instalaciones y que se usa y se desecha. De acuerdo con los estándares de comportamiento de las aguas residuales en todo el mundo, la materia agregada en los domicilios según la norma alemana DVWK ATV A131-E es: Parámetros En vivienda (gr/hab día) DBO 5 60 DQO 120 SST 70 NT 11 P 1.8 La materia enunciada en la tabla anterior, tiene como diluyente el agua utilizada, que según la disponibilidad, el clima y la cultura del sitio, va de 150 litros por persona por día y hasta 350 litros por persona por día, con lo cual, podemos tener aguas residuales más o menos concentradas, según volumen del diluyente utilizado. De acuerdo con el origen de las agua usadas y para el alcance del presente documento, solo nos ocuparemos de dos tipos de agua residual, estas son: Aguas Residuales Sanitarias o tipo Domésticas: son aquellas aguas que han sido utilizadas en actividades dentro de una vivienda, se caracterizan por contener residuos de alimentos, detergentes y jabones, excrementos y orina, así como diversos compuestos utilizados para el aseo y la limpieza dentro del hogar. Existen aguas que se generan dentro de las actividades de empresas prestadoras de servicios que incluyen las mismas actividades que las desarrolladas en los hogares, a estas agua se les considera también como sanitarias, porque contienen en esencia los mismos componentes que el agua utilizada en los hogares. 6

7 Aguas Residuales Industriales: son las aguas que han sido utilizadas en actividades productivas en la industria y contienen sustancias o compuestos producto del enjuague o utilizados en cada actividad específica. La principal característica de las aguas residuales industriales es la composición cambiante no solo por el tipo de industria, actividad o giro, sino también presenta variaciones horarias extremas, de acuerdo con etapa del proceso en que se encuentre la actividad productiva. Este tipo de aguas, representa todo un reto para el diseño, construcción y operación de sus correspondientes sistemas de tratamiento, pues se enfrentan situaciones de muy alta variabilidad, cambios de proceso, de acuerdo con los cambios en la demanda de la producción o sujeto a la evolución de los procesos productivos. Otro de los retos fundamentales es la generación de elementos tóxicos para los procesos biológicos, pues de acuerdo con el tipo de industria se puede generar compuestos como fenoles, cianuros, antibióticos, metales, etc. conocidos como contaminantes prioritarios, que de no ser tomados en cuenta para el diseño, se pude tener problemas muy severos, aún con concentraciones bajísimas de los mismos. A la mezcla de las aguas residuales sanitarias con aguas residuales industriales, se les denomina como aguas residuales mixtas y estas tienen los mismos inconvenientes que los comentados para las aguas industriales, solo atenuados por la gran dilución que puede generar los volúmenes mayores de aguas sanitarias. Para el caso de las aguas residuales que deben ser tratadas en la Planta de Tratamiento Lomita de Paso Blanco se trata de una mezcla de Sanitarias y una carga elevada de aguas industriales, que por el primer aspecto se concluye que se trata de aguas residuales industriales provenientes de la industria de Lácteos. 7

8 IV. Descripción de la cantidad y calidad del agua afluente y efluente del sistema. De acuerdo a la información proporcionada por el Instituto del Agua del Estado (ver apartado 2.6), se presentan las siguientes gráficas que muestran la dinámica del afluente y efluente de la PTAR Calvillo, tanto en caudal como en las variables más importantes en el proceso de tratamiento (Demanda Bioquímica de Oxígeno y Sólidos Suspendidos Volátiles) para el año Variación del caudal Respecto a la dinámica del caudal afluente a la PTAR Calvillo puede decirse que su rango de variación promedio mensual durante el año 2010 fue de entre 20.6 y 33.7 L/s, con una media anual de 25.9 L/s. En la siguiente tabla se tiene el total de los registros anuales de monitoreo de calidad para la planta de tratamiento. Se incluye al final el análisis de mínimo, máximo y desviación estándar de los datos, para poder interpretar la estabilidad del sistema y la variabilidad de las características del sistema de tratamiento y evaluar la robustez ante dicha variabilidad. Debe tomarse en cuenta que el sistema se desempeña con una caudal bastante menor del nominal, por lo tanto las proyecciones de calidad solo serán válidas en caso utilizar el valor de caudal nominal. 8

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10 La PTAR Calvillo fue diseñada para depurar un afluente de agua residual con las características que se muestran en la siguiente tabla: Parámetro Unidad Valor ph Temperatura 0 C 28 Grasas y aceites mg/l 85 Sólidos sedimentables ml/l 3.5 Sólidos suspendidos totales mg/l 355 Demanda bioquímica de oxigeno 5 mg/l 335 Fósforo total mg/l 17 Conductividad µs/cm 1200 Demanda bioquímica de oxígeno soluble mg/l 200 Nitrógeno amoniacal mg/l 49 Demanda química de oxígeno mg/l 750 Fósforo inorgánico mg/l 14 Sustancias activas al azul de metileno mg/l 7.0

11 La caracterización que debe tener el agua a la salida de la PTAR, así como los límites máximos permisibles de los parámetros, se presenta en la tabla siguiente. Parámetro Unidad Promedio Mensual Ph Unidad 6 9 Temperatura 0 C 40.0 Grasas y aceites mg/l 10.0 Materia flotante mg/l Ausente Solidos sed. mg/l 1.0 SST mg/l 40.0 DBO 5 mg/l 40.0 Nitrógeno total mg/l 15.0 Fósforo total mg/l 7.0 Coliformes fecales NMP/100 ml 1000 Huevos de Helminto (h/l) 1 11

12 Respecto a la dinámica del caudal afluente a la PTAR Calvillo puede decirse que su rango de variación promedio mensual durante el año 2010 fue de entre 20.6 y 33.7 L/s, con una media anual de 25.9 L/s Variación de la concentración de DBO afluente En esta gráfica se muestra la variación de la DBO afluente a la planta de tratamiento, en color negro se presentan los valores reportados por el laboratorio interno, es decir, el de los análisis que realiza el propio Instituto del Agua del Estado; en color gris se presentan los valores que reporta el laboratorio externo (certificado). El rango de variación de la DBO afluente a la planta de tratamiento durante el año 2010 y de acuerdo a los valores reportados por el laboratorio del INAGUA fue de 64 a 665 mg/l, con un promedio de 361 mg/l; mientras que el rango de variación reportado por el laboratorio certificado para el mismo periodo fue de 104 a 600 mg/l, con un promedio de 372 mg/l. Resultando un error típico entre mediciones de 195 mg/l. Como puede observarse, hay una marcada diferencia entre los resultados reportados por ambos laboratorios, lo cual puede se puede explicar por la diferencia en el muestreo, ya que las muestras analizadas por el laboratorio externo corresponden a muestras compuestas (combinación de muestras simples proporcional al caudal instantáneo al momento de tomar la muestra), mientras que los análisis que lleva a cabo el laboratorio interno se hacen sobre muestras simples; por lo que no son muy comparables los análisis, debido a que se realizan sobre diferentes muestras; sería adecuado que para objeto de corroborar ambos resultados, el laboratorio externo sacara dos 12

13 muestras compuestas idénticas y que llevara una de ellas al Laboratorio del Instituto del Agua a efecto de ser analizada y entonces sí poder hacer comparables ambos resultados. Variación de la concentración de SSV en el afluente En esta gráfica se presenta la variación de la concentración de sólidos suspendidos volátiles en el afluente a la planta de tratamiento, en color negro se presentan los valores reportados por el laboratorio del INAGUA y en color gris se presentan los valores reportados por el laboratorio certificado. El rango de variación de los SSV en el afluente a la planta de tratamiento durante el año 2010 fue de 56 a 579 mg/l (de acuerdo a los valores reportados por el laboratorio del INAGUA), con un promedio de 261 mg/l; mientras que el rango de variación reportado por el laboratorio certificado fue de 87.6 a 363 mg/l, con un promedio de 261 mg/l. El error típico entre mediciones es de 90.8mg/L. A continuación se presentan las variaciones de la DBO y SSV en el efluente de la planta de tratamiento durante el mismo periodo de análisis. 13

14 Variación de la concentración de DBO efluente El laboratorio certificado reporta un rango de variación de la DBO en el efluente de la PTAR de 7.8 a 32 mg/l, con un promedio anual de 17 mg/l; mientras que el rango de variación reportado por el laboratorio del INAGUA es de 1.0 a 14 mg/l, con un promedio de 3.5 mg/l; con un error típico entre resultados de 7.1 mg/l. Variación de la concentración de SSV en el efluente En la gráfica anterior se presenta la dinámica de los SSV en el efluente de la PTAR Calvillo, El laboratorio certificado reporta un rango de variación para dicha concentración de 5 a 17 mg/l, con un promedio anual de 8.9 mg/l; mientras que el rango de variación de los SSV reportado por el laboratorio del INAGUA para el efluente de la PTAR es de 1.0 a 45 mg/l, con un promedio de 8.1 mg/l; Resultando un error típico entre ambos resultados del orden de 4.7 mg/l. 14

15 Datos proporcionados por el INAGUA Caudal Mes Caudal (L/s) Enero 33.7 Febrero 29.4 Marzo 29.4 Abril 25.7 Mayo 24.5 Junio 26.1 Julio 28.6 Agosto 25.3 Septiembre 24.5 Octubre 20.6 Noviembre 21.5 Diciembre 22.0 Sólidos suspendidos volátiles en el afluente (mg/l) Fecha Lab-int Lab-ext 05-ene ene ene ene feb feb feb feb

16 Fecha Lab-int Lab-ext 02-mar mar mar mar mar abr abr abr abr may may may jun jun jul jul ago ago ago sep sep oct oct nov nov dic dic

17 Sólidos suspendidos volátiles en el efluente (mg/l) Fecha Lab-int Lab-ext 05-ene ene ene ene feb feb feb feb mar mar mar mar mar abr abr abr abr may may may jun jun jul jul ago ago

18 Fecha Lab-int Lab-ext 30-ago sep sep oct oct nov nov dic dic Demanda bioquímica de oxígeno en el afluente (mg/l) Fecha Lab-int Lab-ext 05-ene ene ene ene feb feb feb feb mar mar mar mar mar abr abr abr-10 18

19 Fecha Lab-int Lab-ext 27-abr may may may jun jun jul jul ago ago ago sep sep oct oct nov nov dic dic

20 Demanda bioquímica de oxígeno en el efluente (mg/l) Fecha Lab-int Lab-ext 05-ene ene ene ene feb feb feb feb mar mar mar mar mar abr abr abr abr may may may jun jun jul jul ago

21 Fecha Lab-int Lab-ext 16-ago ago sep sep oct oct nov nov dic dic

22 V. Descripción de las condiciones de funcionamiento y operaciones unitarias actuales. Información general de la planta de tratamiento La planta de tratamiento de aguas residuales Calvillo se ubica al noroeste de la cabecera municipal de Calvillo, Ags., en un predio que se conoce como Ex hacienda Vaquerías; sus coordenadas geográficas son: Latitud 21 50'53"; Longitud '19"; con una Elevación de 1,613 msnm. La planta se diseño para tratar un caudal promedio de 150 L/s y se puso en funcionamiento en Consiste en un sistema de tratamiento biológico por lodos activados con remoción biológica de nutrientes, la aireación es por difusión de oxígeno, mediante difusores de burbuja fina y se utiliza hipoclorito de sodio como medio de desinfección. 22

23 La PTAR Calvillo fue diseñada para depurar un afluente de agua residual con las características que se muestran en la siguiente tabla: Parámetro Unidad Valor ph Temperatura 0 C 28 Grasas y aceites mg/l 85 Sólidos sedimentables ml/l 3.5 Sólidos suspendidos totales mg/l 355 Demanda bioquímica de oxigeno 5 mg/l 335 Fósforo total mg/l 17 Conductividad µs/cm 1200 Demanda bioquímica de oxígeno soluble mg/l 200 Nitrógeno amoniacal mg/l 49 Demanda química de oxígeno mg/l 750 Fósforo inorgánico mg/l 14 Sustancias activas al azul de metileno mg/l 7.0 La caracterización que debe tener el agua a la salida de la PTAR, así como los límites máximos permisibles de los parámetros, se presenta en la tabla siguiente. Parámetro Unidad Promedio Mensual Ph Unidad 6 9 Temperatura 0 C 40.0 Grasas y aceites mg/l 10.0 Materia flotante mg/l Ausente Solidos sed. mg/l 1.0 SST mg/l 40.0 DBO 5 mg/l 40.0 Nitrógeno total mg/l 15.0 Fósforo total mg/l 7.0 Coliformes fecales NMP/100 ml

24 Huevos de Helminto (h/l) 1 Descripción del Sistema Obra de Toma y Derivación de excedencias Son estructuras que forman parte intrínseca de una PTAR, cuya función es la de permitir el ingreso del caudal de diseño de la planta, así como desviar los volúmenes de agua excedentes a dicho flujo de diseño. Estas instalaciones generalmente se controlan mediante compuertas manuales. Pre tratamiento o Cribado Grueso, dos canales, arreglo o Desarenado, dos canales, arreglo o Cárcamo de Bombeo. Tres bombas 100%/ 50%/ 50% Proceso Biológico Avanzado o Reactor Selector Anaerobio para remoción de Fosforo. o Reactores Aerobios de lodos activados en aireación extendida, dos unidades para 50%, 50% de la capacidad de caudal, con esto se cubre capacidades de flujo de 50 l/s. o Reactor Anoxico equipados con mezclado y recuperar parte del oxígeno invertido en la nitrificación. o Reactor Aerobio de lodos activados en aireación extendida. o Clarificación Secundaria. Desinfección o Desinfección mediante la aplicación de hipoclorito de sodio en solución al 13% Tratamiento de Lodos o Digestión Aerobia en dos pasos, aireación mediante aireador mecánico sumergible, el digestor se equipó con sistema de decantado para espesado en el mismo recipiente, aprovechando las horas punta para sedimentar y decantar el líquido sobrenadante hacia el cárcamo de bombeo. o Desaguado mediante filtro prensa de banda. 24

25 Horario de Funcionamiento Funciona las 24 horas del día y su operación está a cargo de cuatro operadores que trabajan turnos de 12 horas por 36 de descanso; sin embargo, no cuentan con ayudantes que los apoyen en la operación de la planta, lo cual podría repercutir en problema de seguridad en caso de que algún operador sufra un accidente. Obra de toma y derivación de excedencias La estructura que permite el ingreso del caudal así como el desvío del flujo de agua excedente a presentado desbordamientos ante eventos de lluvia. Pretratamiento La planta cuenta con un sistema de pretratamiento compuesto por dos canales paralelos (uno funciona mientras el otro está en espera, limpieza o mantenimiento), los cuales funcionan una semana cada uno; tienen 2 rejillas de fierro galvanizado con abertura de 2.5 y 1.3 cm respectivamente; un canal desarenador y una compuerta de seccionamiento al final. La recolección de la basura retenida se realiza al inicio de cada turno de operación. 25

26 Medición de Caudal afluente La medición de flujo afluente a la PTAR puede hacerse en el canal Parshall por dos métodos: utilizando la escala limnimétrica, o bien, por medio del sensor ultrasónico de nivel Cárcamo de Bombeo El cárcamo de bombeo está equipado con 3 bombas sumergibles de 125 L/s de capacidad cada una. 26

27 Reactores Biológicos (Tratamiento Secundario Avanzado) Como ya se mencionó anteriormente en este documento, el tratamiento está dividido en dos módulos, de los cuales cada uno consta de cuatro reactores biológicos: el primero es un reactor anaerobio para favorecer la remoción de fósforo, el cual cuenta con agitación mecánica para mantener los sólidos en suspensión. Después el licor mezclado pasa a dos reactores que alternan etapas aerobias y anóxicas, para favorecer la nitrificación y desnitrificación, respectivamente. Posteriormente pasa a un reactor aerobio de concreto en donde continúa la remoción de la materia orgánica y se favorece nuevamente la nitrificación. Como puede observarse en estas imágenes, claramente se nota la deficiencia de agitación y aireación que hay en los reactores. 27

28 Clarificadores Secundarios El licor mezclado efluente de los reactores biológicos es enviado a los clarificadores secundarios (uno por tren de tratamiento) para separar la biomasa del agua tratada; se tienen dos clarificadores rectangulares, que operan como un clarificador circular inscrito en un cuadrado, (uno por módulo de tratamiento). La planta cuenta con un tanque de natas y un cárcamo de bombeo de lodos; ambos contenidos son enviados a los digestores de lodos y una fracción de lodos se recircula a los reactores aerobios. Desinfección. Esta es la última operación unitaria del sistema de tratamiento para fase líquida, donde el agua tratada es desinfectada. Seguido al sedimentador se encuentra el canal de desinfección en el cual se lleva la conducción por medio de gravedad. La desinfección se hace con el objeto de eliminar las bacterias patógenas o virus que puedan permanecer en el agua tratada. De esta manera el agua tratada puede ser reutilizada o descargada sin peligros para la salud o para el medio ambiente. 28

29 El agua clarificada producto de los sedimentadores es enviada a un tanque en el cual se desinfecta, para este fin se dosifica hipoclorito de sodio. Medición de flujo efluente Previo a la salida del agua del sistema de tratamiento pasa a un módulo de aforo (canal parshall), para determinar la cantidad de agua que se trata en el sistema. La medición del caudal tratado en la PTAR puede hacerse de manera tradicional (mediante la escala limnimétrica) o automática, ya que se cuenta con un caudalímetro ultrasónico. Digestión Aerobia de Lodos Los lodos sedimentados en los clarificadores son enviados a un tanque para recircularlos a los reactores, ya que en esta PTAR se eliminó la purga de lodos; situación que pone en riesgo la calidad del tratamiento, ya que al disminuir la purga aumenta la edad de lodo, favoreciendo las condiciones para la proliferación de microorganismos (rotíferos y nematodos) que se alimentan de las bacterias responsables de la depuración del agua. En esta etapa, los lodos de desecho los cuales son principalmente bacteria estabilizada proveniente de los reactores de aireación, son estabilizados en dos unidades de digestión que 29

30 cuenta la planta. Aquí como no entra ningún tipo de materia orgánica, solo los lodos que son sedimentados lo cual propicia la respiración endógena de alta velocidad. El tanque digestor es un reactor aeróbico, provisto de un sistema de aireación con un equipo sumergible que hace una succión atmosférica de aire. Esto da como resultado una degradación natural de un 38% de la materia celular, disminuyendo su actividad y la cantidad de sólidos. Los lodos están ahora en forma estable (digeridos) y se puede proceder a su disposición final. Durante una hora se dejará que los sólidos se sedimenten y el agua clara queda en la parte superior, la cual es retornada al drenaje interno de la PTAR. Con el tiempo, los lodos se acumulan en el digestor al grado en que también se deben sacar de ahí, con empleo de una bomba de cavidad progresiva y la incorporación en línea de un polímero ayuda al acondicionamiento del lodo es cual será desaguado en un filtro prensa banda. Una vez acondicionados los lodos son descargados por gravedad a un filtro prensa de banda en donde son desaguados, para incrementar su contenido seco, lográndose una concentración mínima del

31 VI. Revision del diseño a. Condiciones de Diseño. Memoria de proceso Se presenta la memoria de proceso de la PTAR Calvillo, de acuerdo a la información que nos entregó por el INAGUA y su revisión en el siguiente subcapítulo. 31

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42 b. Revision del diseño (condiciones actuales) En la página foliada con el número del expediente proporcionado por el INAGUA, se determina que se requieren 2 sopladores de hp (considerando una eficiencia del 94 % para el motor), para ambos módulos de tratamiento, sin embargo la eficiencia que se consideró para el motor es muy alta, por lo que se requerirían dos sopladores de 125 hp (uno por cada tren de tratamiento), o bien, uno de 250 hp (para ambos trenes), más otro idéntico en espera. 42

43 Pero tal como puede apreciarse en las condiciones de caudal, no se tiene el caudal necesario para operar el 100% del caudal nominal, por lo que el sistema sigue siendo solvente contra el caudal actual. La carga orgánica seleccionada de origen, es el 50 % de la carga actual, por lo que se aprecia que el sistema puede operar fácilmente con la misma infraestructura para un 50% del caudal original. VII. Revision de la Especialidad Civil 1. Tanques Para la revisión de los aspectos civiles en los tanques que forman la PTAR se procede a hacer una inspección visual y definir mediante un criterio de funcionalidad y durabilidad cada una de las posibles anomalías existentes en cada unidad. Para REACTORES las condiciones encontradas con aceptables en el aspecto civil cumpliendo con su función estructural, solo debiendo dar una limpieza a pasillos y andadores producto de la salpicadura de agua, debido a las líneas de retorno. 43

44 En el caso de posibles humedades y lagrimeos hacer la aplicación de productos epóxicos especializados que se encuentren en el mercado propios para estos tanques que puedan eliminar dichas imperfecciones. 2. Edificaciones Las EDIFICACIONES al igual que las demás estructuras presentan una aceptable funcionalidad y en busca de hacer una optimización para la operación del sistema se evaluarán los elementos y se establecerá las condiciones idóneas. EDIFICIOS OPERATIVOS, (PLANTA DE EMERGENCIA, CCM, CASETA SOPLADORES, DESHIDRATACION DE LODOS, CCL) la funcionalidad y operatividad de ellos es suficiente, para el caso de deshidratación, la carencia de un sardinel provocará ensuciamiento y dificultad para una adecuada operación. En cuanto a la caseta de cloración es insuficiente ya que el tanque de hipoclorito de sodio queda a la intemperie. 44

45 3. Obras Complementarias En las consideraciones de este apartado se toman en cuenta vialidades, banquetas y obras accesorias que complementan la funcionalidad de la Planta de Tratamiento. Para el Caso de andadores y banquetas es necesario hacer las reparaciones pertinentes en banquetas que presentan algunas fisuras y detalles producto del pisado de las mismas con vehículos, fallas en colados. VIII. Revision de la Especialidad Mecanica Puesto que el área mecánica tiene que ver, fundamentalmente mecanismos que desarrollan trabajos mediante la conversión de energía, por lo tanto, se realiza el diagnóstico y propuestas de mejora de acuerdo con el tipo de equipos mecánicos. Equipos: a. Medicion de flujo, afluente y efluente El medidor de flujo para la medición de la entrada del caudal automático se encuentra descalibrado. La medición del caudal tratado en la PTAR sólo puede hacerse de manera tradicional (mediante la escala milimétrica), debido a que el sensor de nivel ultrasónico está dañado. b. Bombas Sumergibles El cárcamo de bombeo está equipado con 3 bombas sumergibles de 125 L/s de capacidad cada una. La cual tiene las siguientes especificaciones: Una de las tres bombas de alimentación requiere mantenimiento y revisión del sistema de activación, ya que sólo se puede accionar manualmente. c. Sopladores Como ya se ha comentado, la PTAR cuenta con 2 sopladores centrífugos Gardner Denver de 200 hp para el suministro del oxígeno necesario para el metabolismo bacteriano, los cuales se 45

46 encuentran instalados bajo una techumbre metálica para protegerlos de la lluvia y de los rayos del sol. Si la planta va a trabajar a flujo pleno (150 Lps) será necesario reemplazar los sopladores actuales por unos un poco mayores (250 hp), ya que de acuerdo al apartado es la potencia que será requerida. Tienen que instalarse oxímetros en los reactores aerobios. Según se aprecia, tanto en la memoria de calculo original, como en la realizada en esta etapa para las nuevas condiciones, se requiere de tener dos equipos en operación y uno en stand by, por lo que debe preverse el suministro de un tercer equipo soplador. Y hacer la reparación del equipo que está dañado. Se recomienda dar seguimiento a las rutinas de mantenimiento preventivo y en este caso contratar los servicios de mantenimiento predictivo para determinar el estado que guardan los equipos, sin tener la necesidad de abrir los equipos. Este mantenimiento predictivo consiste en analizar con equipos como analizadores de vibraciones, analizadores de baleros, analizadores de temperatura sin contacto y equipos de revisión de parámetros eléctricos, para que solo se realicen las operaciones necesarias. Sólo uno de los dos sopladores funciona, ya que el otro está descompuesto; lo que implica que el soplador funcional tiene el doble de horas de trabajo, lo que podría sobrecalentarlo y provocar su descompostura. a. Bombas de extracción Es necesaria la rehabilitación o reemplazo de la bomba de extracción de sobrenadantes que está descompuesta. Esta está ubicada en los clarificadores. Se requiere el ajuste del caudal de recirculación y purga hacia los reactores a los valores que se mencionan en la memoria de cálculo (ver apartado ). b. Mezcladores Para la zona anóxica, montada por debajo de la zona aerobia 2, se tiene la imperiosa necesidad de mantener el régimen de mezcla suficiente para evitar que la biomasa sedimente y se generen problemas de anaerobiosis y que la biomasa pierda propiedades aeróbicas. 46

47 Por lo tanto, es imprescindible el suministrar equipos de mezclado que realicen la función de la forma más adecuada y que garanticen un plazo de operación mínimo de dos años continuos sin necesidad de reparaciones. Ya que los equipos existentes se encuentran dañados. c. Filtro Banda En las instalaciones de la PTAR se cuenta con un filtro banda para el desaguado de lodos, sin embargo se encuentra fuera de funcionamiento. d. Válvulas de compuerta. El mantenimiento más común para las válvulas de compuerta son: lubricación, ajuste y el remplazo del empaque del prensaestopas del vástago. Es conveniente checar anualmente las partes de la válvula que se enlistan a continuación: Prensaestopas. Elimínense juntas viejas, limpiando el vástago de la válvula de cualquier película adherida y puliéndose con un trapo fino. Después de pulir se removerá la arena fina con otro trapo limpio, al cual se le pusieron unas gotas de aceite. Lubricación de los engranes. Se lubricarán todos los engranes en las válvulas de compuerta. Además se lavaran los engranes abiertos con un solvente y después se engrasaran. Se removerá la capucha, limpiando y examinando el disco y el cuerpo entero, determinando el daño de los anillos y al disco del cuerpo. Si la corrosión ha causado un picado excesivo, se quitara la pieza así como la varilla guía: en estos casos la reparación puede resultar impráctica. Se eliminaran todas las juntas (viejas) y se limpiara el prensaestopas de cualquier suciedad, incrustación y corrosión desde el interior de la capucha de la válvula a otras partes. e. Tuberías 47

48 Todas las tuberías de la planta son de acero, como la planta desde que se diseño no se le ha dado mantenimiento se recomienda dar mantenimiento principalmente a las que se encuentran en contacto con el agua, las cuales se necesita que se les de mantenimiento con alguna pintura anticorrosiva, para evitar el posterior deterioro de estas. f. Pailería. Para la revisión del apartado se revisan estructuras de soportería, anclajes, izajes, en función de su aspecto, operatividad y funcionalidad. Para estructuras de izaje como lo son la del cárcamo presenta las condiciones de funcionalidad quedando pendientes una mejoría de su aspecto con el empleo de aplicación de recubrimiento con pintura epóxica que garantice una duración y protección a la corrosión existente en el ambiente. En soporterías para tuberías la mayoría de las existentes cumplen con su función pero se tiene pendiente una instalación de puntos de apoyo a lo largo de los tubos de recirculación así como la limpieza y aplicación de recubrimientos en estos elementos. Los cuales aunque funcionan presentan grado de corrosión. De igual manera es la misma consideración para todos los barandales en el interior de la planta, cumplen su función pero presentan un grado de corrosión elevado. Punto de revisión de Garza de alimentación para llenado de pipas, con funcionalidad parcial debido a la salpicadura excesiva al entrar en operación, hacer la incorporación de tubería flexible del mismo diámetro que permita acercar la boca del tubo a la entrada de agua del tanque y evitar la salpicadura y desperdicio del agua tratada. 48

49 IX. Revisión de la especialidad eléctrica. 1. Subestación La subestación está conformada como elemento principal de un transformador trifásico tipo de enfriamiento OA de 750 KVA, 3 fases, 60 hz. en media tensión 13.2 kv con 4 derivaciones, conexión delta en media tensión, conexión estrella aterrizada en baja tensión 440 volts, con el neutro accesible fuera del tanque por boquilla, adecuado para operar a 2300 msnm con una sobre-elevación de 65 c sobre una media de 30 c y una máxima de 40 C, se consideran además los siguientes puntos: Capacidad de la subestación. La subestación cuenta con la capacidad de proveer energía para el total de la potencia requerida dentro de la PTAR siempre y cuando se conserve el esquema de operación de los sopladores, dos en activo y uno de reserva, no se han reportado fallas por parte del personal en alguno de sus componentes y trabaja adecuadamente en las condiciones actuales. Sistema de tierras de la subestación. No se cuenta con evidencia física ni documental del sistema de tierras actual de la subestación, no se detectaron registros solo se observa una conexión mediante un conector mecánico en la trinchera del área de CCM. 1. Planta de emergencia En las instalaciones eléctricas de las plantas de tratamiento es necesario contar con una fuente alterna de generación de energía para afrontar las eventuales fallas en el sistema de suministro de energía de la Comisión Federal de Electricidad. El sistema de sincronización de la planta de emergencia con el de la línea de voltaje principal está dañado. 49

50 2. Centro de Control de Motores Se cuenta con un centro de control de motores conformado por varios gabinetes empotrados independientes, lo cual permite integración a un sistema SCADA. 3. Sistema de Distribución y Conexiones El sistema de distribución es suficiente para atender las necesidades de la planta, los registros presentan agua en su parte inferior y las conexiones eléctricas dentro de las mismas no son adecuadas para estas condiciones de humedad por lo que es posible se presente una falla eléctrica. Los sopladores no están conectados, por lo que nunca se han operado, los agitadores sumergibles no operan, las bombas del equipo de riego están dañadas. 4. Sistema de Protección Sistema de tierras. La puesta de tierra de equipos consiste básicamente en conectar a tierra las partes metálicas no conductoras de corriente que alojan a los sistemas o aparatos de utilización de energía eléctrica. Lo anterior incluye a todos los medios de canalización metálicos, cajas de registros, gabinetes metálicos, estructuras que soporten equipos eléctricos, carcasas de motores y generadores, tanques metálicos de transformadores y en general todas las cubiertas metálicas. Existen tres razones por las cuales deben de poner a tierra los gabinetes de material conductor, conductores eléctricos o equipo. Las primeras dos razones son dadas en la Nota 1 de la Sección Alcance de la NOM-SEDE Para limitar la tensión a tierra 2. Para facilitar la operación de los dispositivos de protección contra sobre corriente 3. Para drenar las corrientes producidas por electricidad estática y de fuga a tierra. Drenando a tierra las corrientes estáticas y de fuga ayuda a reducir el ruido eléctrico. El sistema de tierras para las SUBESTACIONES eléctricas debe cumplir con todos los requerimientos especificados en el Artículo 921 Parte D de la NOM, que abarca los incisos a Por lo que es importante que durante el diseño del sistema se tomen en cuenta todas las 50

51 características y parámetros de seguridad. La subestación eléctrica y todos sus componentes estarán conectados al sistema de tierras establecido para la instalación de dichos equipos. 5. Sistema de Instrumentación y control. La instrumentación y control tiene como finalidad que el proceso donde se implementa pueda ejecutarse de manera automática apoyado con la presencia directa humana. Lo que trae como consecuencia la reducción de tiempos de ejecución de procesos y de errores humanos de maniobra que tantos costos generan a los procesos. Con la instrumentación y control tenemos la ventaja de que estos procesos de monitoreo y ejecución de tareas se realizan de tal suerte que la mano del hombre lleva a cabo la supervisión de ejecución del proceso, y que el mismo analice su desarrollo, convirtiéndolo en un verdadero visor ejecutivo del proceso, empleando su posible tiempo de ejecución, en tiempo para analizar su proceso pero para encontrar mejoras continuas al mismo. Desafortunadamente en la PTAR que nos ocupa no se están cumpliendo con estas premisas. Solo se cuenta con un caudalímetro a la entrada y uno a la salida los cuales no operan adecuadamente. Instrumentos de Medición Manejo de Señales No se cuenta con un sistema de medición de señales. Sistema de Control de Proceso No se cuenta con un sistema de control de proceso. 51

52 X. Identificación de la posibilidad de mejorar la eficiencia del proceso. a. Mejoras en aspectos de proceso 1. Pre tratamiento. El sistema de Pretratamiento tiene serias deficiencias para el cumplimiento de los objetivos, estas dificultades son: Colocar un polipasto eléctrico para elevar los contenedores de basura y arenas. Puesto que el colector puede acarrear grandes volúmenes de agua, se recomienda colocar un sistema de cribado mecánico que permita mantener limpia la rejilla y que la intervención de los operadores sea tan solo para cambiar los contenedores de residuos. Este sistema con solo ½ HP, mantiene las rejillas limpias y entrega las basuras en contener en el nivel de la plataforma del cribado. Se recomienda seleccionar el equipo en material de acero inoxidable, para garantizar vida útil superior a los 20 años. Los costos de suministro para un equipo de este tipo, oscila entre los 35, y los 45,000.00, dependiendo de la marca, los periféricos y los materiales de construcción. 52

53 Como puede apreciarse en la foto de la izquierda, existe gran cantidad de residuos de tipo lácteo en el colector, a esto se debe la carga orgánica elevadísima que se recibe. Se recomienda coordinar con las autoridades federales y/o locales que tengan injerencia en el control de las descargas y el manejo de residuos, para aplicar los correctivos que proceden y ejercer los controles necesarios, ya sea para que la o las empresas se hagan cargo de mejorar la calidad de sus descargas y/o aplicar los costos de tratamiento adecuados para que el sistema de tratamiento tenga la suficiencia para la modernización, es decir, para que la o las empresas inviertan en su planta o que paguen el tratamiento para sus aguas. Derivado de lo anterior y de problemas de instalación, manejo y control de la planta de tratamiento, el sistema no puede manejar los caudales afluentes, por lo tanto, se tienen constantemente inundación de la plataforma de los canales de cribado, aunque se resuelva lo referente al manejo de caudal, puede ser posible la inundación y ensuciamiento de la zona, por lo que se recomienda instalar línea de agua tratada para limpieza. 2. Tratamiento Secundario. La falla de los sistemas de aireación y agitación podría resolverse adecuando la las tuberías de conducción y difusión de aire, ya que se pudo verificar que los orificios de paso del aire entre la tubería y el difusor son muy pequeños (como puede observarse en la figura siguiente) en relación al tamaño del difusor y al flujo de aire que debe transferir, esto ocasiona que las pérdidas por fricción aumenten, haciendo que los sopladores trabajen condiciones más exigentes, mayor presión mayor temperatura, a mayor calor menor vida útil del sistema de aireación, y mayor fragilidad de las membranas de los difusores, motivo por el cual pueden llegar a reventarse las membranas. Se tendría que rehabilitar el soplador dañado a fin de alternar el funcionamiento de los sopladores. Para resolver el problema de la agitación en los reactores anaerobio y anóxico, se tendrían que rehabilitar y reponer los agitadores mecánicos. Se recomienda la instalación de un sistema de propelas mecánicas para que en caso de baja demanda de aireación, se tenga la capacidad para mantener el régimen de mezcla sin que se tengan problemas de asentamiento de la biomasa en zonas cercanas a las esquinas de los reactores, con el consiguiente problema de anaerobiosis. 3. Sistema de desinfección. Debido a que el sistema de dosificación de hipoclorito de sodio no es el adecuado, se presentan fugas en las conexiones, lo cual se solucionaría reponiendo este sistema por uno de mayor calidad y con las conexiones adecuadas para manejar dicho compuesto. Además de que los tanques y equipos deberían estar protegidos de la intemperie. 53

54 4. Digestor de Lodos. El digestor de lodos es un tanque diseñado para operar en la fase aerobia, pero desafortunadamente tiene los siguientes errores. El equipo aireador mezclador está instalado para operar fuera de sus especificaciones: En caso de requerir menor nivel del digestor y utilizar solo 5 m de columna de agua y 3.98 m de bordo libre, se estará reduciendo el volumen de digestión y con ello se estará faltando a la calidad. Por lo anterior se recomienda: Instalar un sistema de mezclado para convertir el tanque en un digestor anaerobio de lodos, montando un sistema de mezcado mecánico y una cubierta flexible con una membrana de polietileno de alta densidad en la zona superior. Se puede utilizar un sistema de quemado de biogás simple y económico para beneficiar el costo de operación. 5. Desaguado de Lodos. Como se mencionó, el equipo encargado del desaguado de lodos se encuentra fuera de funcionamiento, situación que origina que no se cumpla la NOM-004-SEMARNAT-2002 en cuanto al contenido de humedad de los lodos y por tanto, estos deberían ser confinados (generando con esto otro costo adicional al tratamiento de aguas por el servicio de confinamiento de un residuo biológico infeccioso), en lugar de poder utilizarse como mejoradores de suelo si se pone en marcha el filtro banda. 54

55 b. Mejoras en aspectos de obra civil Para las consideraciones de mejora en aspecto civil se considera el sellado de pequeñas filtraciones y/o humedades producto de pequeñas fisuras que se ven en las estructuras con lo que se reduzca esta condición y ayude en la hermeticidad y apariencia de los tanques. Se tienen tuberías que pueden ser reubicadas, pues generan mal aspecto o peor aún, un alto riesgo para los operadores. Limpieza de pasillos y andadores. c. Mejoras en aspectos de obra mecánica Zona de Retratamiento, mejorar las condiciones de remoción de basuras con la incorporación de un cribado mecánico que ayude a la extracción de basuras. Limpieza y aplicación de recubrimiento en barandales (primario como base y dos capas de pintura epóxica). Sustitución de la totalidad de tubería para retornos de lodos por air-lift por tubo cédula 40 el cual sea sand-blasteado con acabado casi metal blanco y aplicación de primario más dos manos de pintura epóxica de manera que se tenga un mayor grado de protección a la corrosión, así como el uso de tubería soldada y la colocación de tuercas unión o dispositivos que permitas hacer el desacople de los cabezales donde mejor convenga. Colocación válvulas de alimentación de aire en zonas de bordo libre de manera que se hagan arreglos a manera de garza a una altura mayor y más adecuada para su operación y estas a su vez no estén tan cercanas al espejo del agua. 55

56 Habilitar la totalidad de rutas de tuberías para extracción de lodos de Digestores hacia deshidratado, hacer colocación de válvulas y piezas especiales faltantes y conexiones hidráulicas para que este trabajo pueda realizarse. d. Mejoras en aspectos de obra eléctrica y de instrumentación 1. Subestación Se requiere rehabilitar dentro de la subestación las siguientes partes: Transformador: Se le debe dar mantenimiento mayor que consiste en remplazo de aceite dieléctrico, pintura exterior, limpieza de boquillas y se debe realizar las pruebas correspondientes para verificar su estado y vida útil con certeza. Se debe desarrollar un sistema de tierras a base de una retícula de cable de cobre desnudo calibre 4/0 AWG con conexiones soldables, y electrodos de puesta a tierra formados por varillas copperweld y por lo menos un registro para realizar constantemente las pruebas de resistividad en la misma y así tener constancia de su vida útil y cumplimiento con la NOM-001-SEDE Se debe capacitar al personal y entregar equipo adecuado que les permita realizar las maniobras básicas para corregir posibles eventualidades en la subestación. Se debe de instalar un banco de capacitores hibrido que resista una operación de 80 C que asegure un factor de potencia de 0.96 para así evitar las multas que año con año ha estado pagando el INAGUA a CFE Se debe aterrizar de acuerdo a norma el gabinete que soporta el ITM principal. 2. Planta de emergencia Para que la planta de emergencia opere es necesario contactar a las personas que se encargan de el manejo de estos equipos y contratar un mantenimiento mayor que consistirá principalmente en remplazo de fluidos, filtros, baterías y sistema de precalentamiento. 3. Sistema de Distribución y Conexiones Se deben de conectar todos y cada uno de los equipos en cumplimiento a lo dispuesto en la NOM- 001-SEDE-2005, ya que se detectaron varios equipos conectados de forma deficiente, así mismo se deberán utilizar los condulets de forma adecuada y utilizar conectores a prueba de agua y polvo. 4. Sistema de Protección 56

57 Se deberá desarrollar un sistema de tierras nuevo con cable de cobre calibre 4/0 para evitar su deterioro mecánico y uniones soldadas para aterrizar todos y cada uno de los componentes dispuestos en la NOM-001-SEDE-2005 así proteger la integridad de los operadores y posibles disturbios en el sistema de instrumentación y control. 5. Otros. No se cuenta en la PTAR con equipo y herramienta completo para uso de los operadores. Se carece en el área de laboratorio de alumbrado interior. Se enlista una serie de acciones generales necesarias a desarrollar dentro de la PTAR. Presentar un programa de mantenimiento preventivo total para la PTAR para su implementación así como también a sus responsables. Dotar a todos y cada una de las personas que trabajan en la PTAR del equipo de seguridad e higiene adecuado para sus labores. Los extintores no han recibido mantenimiento, por lo que es probable que no operen. Además de que no se encuentran en las áreas que se requiere. Considerar la adquisición de un termómetro de no contacto para monitoreo de la temperatura en el CCM en todas y cada una de las terminales para prever condiciones inseguras de trabajo y evitar fallas por falsos contactos. Adquirir herramienta especializada única y exclusivamente para la PTAR entre la que se encuentra desarmadores de puntas magnéticas con aislamiento de 1000 V, pinzas de varios tipos con aislamiento de 1000 V, etc. Y así realizar mantenimiento de forma más segura y adecuada. Considerar la adquisición de un multímetro. Con las adecuaciones propuestas se cumple con la NOM-001-SEDE-2005 Instalaciones Eléctricas. Además será importante implementar cursos de capacitación en administración, mantenimiento y operación y de igual manera mantener al día los reportes de bitácora, anotando en ella las incidencias ocurridas durante la operación o mantenimientos ya sean preventivos o correctivos. 6. En Aspectos de Instrumentación y Control La instrumentación y control tiene como finalidad que el proceso donde se implementa pueda ejecutarse de manera automática sin la presencia directa humana. Lo que trae como consecuencia la reducción de tiempos de ejecución de procesos y de errores humanos de maniobra que tantos costos generan a los procesos. Sin embargo con la instrumentación y control tenemos la ventaja de que estos procesos de monitoreo y ejecución de tareas se realizan de tal suerte que la mano del hombre no intervenga 57