CAPÍTULO III TREN DE TRATAMIENTO

Transcripción

1 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 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]. 42

2 Colector alcalíno Colector ácido Ácido sulfúrico Polielectrolito Colector Coagulador Floculador Clarificador Cloruro férrico Hidróxido de sodio Ácido sulfúrico Hidróxido de sodio Lodos Retorno de agua sin lodos Filtro prensa Tanque de lodos Tanque efluentes Efluente Confinamiento Alcantarillado municipal Fig. 18 Diagrama del proceso de tratamiento de aguas residuales. 43

3 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. 44

4 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 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. 45

5 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. 46

6 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]. 47

7 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 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 48

8 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] 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. 49

9 Fig. 22 Esquema de un clarificador de placas inclinadas [21] 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. 50

10 Fig. 23 Filtro prensa de placas 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. 51

11 Cabe mencionar que de acuerdo a la norma oficial mexicana NOM-002-SEMARNAT- 1997, 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 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 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. 52