Control de H 2 S. Control de olor y corrosión en plantas de tratamiento de aguas residuales con Peróxido de Hidrógeno

Transcripción

1 Control de H 2 S Control de olor y corrosión en plantas de tratamiento de aguas residuales con Peróxido de Hidrógeno En cualquier lugar o proceso en los cuales se colecte, transporte o traten aguas residuales, habrá un potencial de generar y emanar olores desagradables y ofensivos a los alrededores. La mayoría de estos problemas de olor ocurren en el sistema de pre-tratamiento, en instalaciones primarias de tratamiento, estaciones de bombeo y en plantas de procesamiento de sólidos. En la mayoría de los casos, los olores asociados a los sistemas de la colección y las instalaciones primarias del tratamiento se generan como resultado de una condición anaerobia o séptica. Esta condición ocurre cuando la transferencia del oxígeno a las aguas residuales es limitada como sucede, por ejemplo, dentro una cañería de aguas residuales. Corrosión asociada con la presencia de sulfuro de hidrógeno en los efluentes La corrosión causada por la presencia del sulfuro de hidrógeno en las plantas de tratamiento es un problema bien estudiado y documentado. Esta corrosión se inicia cuando las bacterias oxidan el H 2 S a acido sulfúrico en las superficies de los caños o en las paredes de concreto. El ácido sulfúrico corroe el concreto, tras lo cual el armazón de acero es expuesto y comienza también a corroerse. Las entradas hombre y los tanques de decantación son los que más sufren de este tipo de corrosión. En el estado anaerobio, los organismos presentes en las aguas residuales no tienen oxígeno disuelto disponible para su metabolismo. Esto permite que los microbios conocidos como sulfatoreductores prosperen. Estas bacterias utilizan el ion del sulfato (SO 4- ) que es abundante en la mayoría de las aguas como fuente del oxígeno para su metabolismo. El subproducto de esta actividad es sulfuro de hidrógeno (H 2 S). Este subproducto tiene una solubilidad baja en las aguas residuales y un fuerte e irritante, olor a huevos putrefactos. Pero el olor es tan solo el síntoma del H 2 S. El principal problema que acarrea es el de la corrosión, como se explicará más adelante. Efluente Condiciones Anaerobias Proceso de corrosión causado por H 2 S El sulfuro de hidrógeno también causa corrosión en las instalaciones eléctricas y en las construcciones de metal. El mecanismo

2 de corrosión de los metales es de una reacción directa entre el Sulfuro de Hidrógeno y el metal, con la siguiente formación del sulfuro metálico. Los problemas de corrosión son entonces una de las consecuencias más graves de la presencia de ácido sulfhídrico en las cañerías. Razones para el aumento en el uso de Interior de cañería de concreto: el armazón de acero está expuesto H 2 O 2 Muestras de cañerías afectadas por ácido sulfhídrico Eliminación del Ácido Sulfhídrico Por más de 50 años, la manera convencional de ocuparse de los olores que emanan de las plantas de tratamiento de aguas residuales es la de pre-tratar el afluente cloacal con cloro. Un número creciente de plantas de tratamiento ha revisado esta situación y eligieron una respuesta distinta: peróxido de hidrógeno (H 2 O 2 ). Sus resultados demuestran que el H 2 O 2 puede sustituir el cloro con una reducción de costos, y con las ventajas notables de este producto. Este artículo identifica a continuación los factores que condujo a seleccionar el H 2 O 2 para el control del olor de las cámaras de recepción. 1. Tendencia de la industria de eliminar el cloro (y sus riesgos asociados). El Standard de Proceso de la norteamericana OSHA - 29 CFR requiere que las instalaciones se preparen para el manejo comprensivo en casos de derrames catastróficos de ciertos materiales tóxicos. Esto implica análisis de peligros de proceso, procedimientos de funcionamiento del Standard, entrenamiento del empleado, las investigaciones de cada incidente, planeamiento y respuesta de la emergencia, y las auditorias periódicas de cumplimiento. Al ser un gas comprimido tóxico, el cloro está comprendido dentro de estas regulaciones si está almacenado en cantidades a 680 kg. Esto incluye el tamaño Standard de los cilindros, el cual es de una tonelada. Los costos a conformarse con la ley se han estimado como sigue. Modificaciones planta Documentación US $1,000,000-3,000,000 US $ 150, ,000 Total US $1,150,000-3,500,000

3 NOTA. Las modificaciones de planta incluyen los cuartos de almacenaje con presión negativa equipados con sistemas de tratamiento de vapor en caso de emergencia (terminar con energía de reserva, el etc.) para contener y para neutralizar un derrame accidental. Además, la ley indica que los programas de PSM deben ser mantenidos y revisados al menos cada tres años. Esto puede agregar otros $ $ dólares por año al costo. Además, también están los costos para el seguro de responsabilidad suplemental. Claramente, estos costos afectan el costo real para usar el cloro. Para una planta típica usando 2-3 toneladas al día, el costo completo para el cloro puede aumentar en cerca de $150 a $ por tonelada. Perceptiblemente, el H 2 O 2 (35% y el 50%) son exentas de ser manejados como productos que requieren de estas inspecciones. Sin embargo, el Hipoclorito de Sodio consume cerca de cinco veces mas de solución para obtener efectos equivalentes en la eliminación del H 2 S. Esto entonces abre el campo a otros agentes de control de olor, tales como el peróxido de hidrógeno. Además de funcionar perfectamente bien (para el control de olor de las plantas de pretratamiento y estaciones de bombeo), el costo de tratamiento con H 2 O 2 es considerablemente más barato que el Hipoclorito, con los costos reales estando más cercano al gas cloro (véase el cuadro 1). Los dos factores de costo para el H 2 O 2 son la dosis y el precio unitario. La dosis se cubre en los estudios de caso que siguen. 2. Costo mas bajo de H 2 O 2 cuando se compara con otros productos químicos La primera respuesta lógica al aumento de costos para el cloro es cambiar a cloro líquido (hipoclorito del sodio, NaOCl), el cual no es un material controlado por las Oxidante Cociente práctico peso (como 100%) Costo unitario típico Requisito (por día) Costo eficaz ($ por día) Cloro (granel) 6-8: 1 $300/Ton toneladas $ Cloro (cilindros) 6-8: 1 $500/Ton toneladas $300 Hipoclorito de sodio (12.5%, 1.1 libras/galón) 6-8: 1 $0.40/Gal galones $ Peróxido de Hidrógeno (50%, 5.0 libras/galón) : 1 $3.45/Gal galones $ normas OSHA. Cuadro 1. Costos comparativos para los productos químicos del control del olor de las cámaras de recepción (costos típicos para tratar 200 libras/día de H2S liquid-phase, e.g., 5 mg/l en magnetohidrodinámica 5).

4 3. Reacción eficiente del H 2 O 2 con H 2 S. A un ph neutro de aguas residuales municipales, la reacción del H 2 O 2 con el sulfuro es como sigue, resultando en sulfuro y agua elementales. H 2 O 2 + H 2 S ----> S + 2H 2 O La gama óptima es típicamente entre 5-20 minutos y 1-2 horas. Sin embargo, en varios estudios de caso los cocientes prácticos más cercanos al teórico son mas alcanzables si uno puede funcionar más cerca a la gama óptima. La eficacia en la cual ocurre esta reacción depende en la práctica de muchos factores, el más importante es el tiempo de reacción y duración disponibles del control. H2S Oxigeno Disuelto Qué pasa con el exceso de H 2 O 2? Reacciona con amoníaco o con los muchos orgánicos presentes en las aguas residuales, al igual que cloro y el hipoclorito? Se descompone en oxígeno y agua. Esto puede ser confirmado siguiendo el oxígeno disuelto que demuestran típicamente un aumento estequiométrico en lo referente a exceso de H 2 O 2-1 mg/l del H 2 O 2 residual lanzará 0.5 mg/l O.D. Para los usos de las cámaras de recepción, esto da lugar a un perfil caracterizado en el cuadro 3 (abajo). Esto tiene valor práctico en la generación en clarificadores en ese sentido descendiente - un aspecto de control del sulfuro no producido por el cloro o el hipoclorito. H 2 S Tiempo de Reacción (minutos) Cuadro 3. H2O2 típico - perfil de la reacción del sulfuro (en aguas residuales domésticas).

5 Conclusiones Entre los varios beneficios del uso del Peróxido de Hidrógeno, se pueden destacar los siguientes: Oxida y elimina rápidamente al Sulfuro de Hidrógeno del sistema Añade oxígeno disuelto al sistema, imposibilitando la regeneración del sulfuro de hidrógeno en el sistema La descomposición del peróxido de hidrógeno no genera productos nocivos al medio ambiente, como compuestos clorinados El sistema de inyección de peróxido se puede adaptar para cualquier efluente, sea cual fuere el contenido de Sulfuro de Hidrógeno o variación durante el día Experiencia de campo ha mostrado que en un sistema típico de tratamiento de agua, el nivel del Sulfuro de Hidrógeno en el aire por debajo de 1 ppm en las áreas donde había mas turbulencia de los efluentes a menos de 90 minutos de iniciarse la inyección de peróxido. Esto lleva a la supresión del olor en el sistema así como detener el proceso de deterioro y corrosión de la planta. FMC ofrece el servicio para implementar sistemas de control de sulfuro de hidrógeno. Monitoreo y Diagnóstico de contenido de sulfuro de hidrógeno durante el día y la noche Elaboración de un plan de control de sulfuro de hidrógeno Ingeniería e instalación de sistemas autocontenidos de inyección de peróxido de hidrógeno, con tanques de almacenamiento y bombas programables Puesta en marcha del sistema Sistema CRI de monitoreo remoto de nivel de tanque y entrega de producto Monitoreo periódico del funcionamiento del sistema, con recalibración del sistema de inyección, optimizaciòn del mismo y mantenimiento Otros beneficios que se han encontrado con el uso del peróxido es el de un incremento en la generación de gas metano en los digestores. Esto se debe fundamentalmente a que el peróxido descompone ciertos productos como la lignina residual de fibra de papel o ciertos biopolímeros, facilitando entonces la labor de los microorganismos en la descomposición de compuestos orgánicos y elaboración de metano. El peróxido es, además, un eficiente compuesto para evitar el proceso de bulking en los sedimentadotes y concentradores.