Escuela Ingeniería Civil Mecánica GENERACIÓN DE INDICADORES PARA LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS DE OSORNO Tesis para optar al Título de: Ingeniero Mecánico. Profesor Patrocinante: Sr. Roberto Cárdenas Parra. Ingeniero Mecánico. Licenciado en Ciencias de la Ingeniería. Diplomado en Ingeniería Mecánica. DANIEL ABDÓN ROSAS CORONADO VALDIVIA CHILE 2008
AGRADECIMIENTOS A mis padres que siempre estuvieron preocupados y confiaron en mí. A mi hermano por el apoyo que me brindo. A mi profesor patrocinante don Roberto Cárdenas por la paciencia al igual que mi director de carrera don Milton Lemari. A la señora Eliana por su gran voluntad y preocupación.
INDICE Capítulo 1 Página RESUMEN 1 SUMMARY 2 INTRODUCCIÓN 3 OBJETIVO GENERAL 4 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 4 Capítulo 2 Antecedentes Generales 2.1-Descripción General del Proceso 5 2.2-Descripción de las áreas en forma funcional 8 2.2.1-Área de Pretratamiento 9 2.2.2-Área de Tratamiento Primario 10 2.2.3-Área de Tratamiento Secundario 12 2.2.4-Área de Tratamiento Terciario 13 2.2.5-Área de Espesamiento de Fangos 14 2.2.6-Área de Digestión Anaerobia 16 2.2.7-Área de Deshidratación 18
Capítulo 3 Descripción de las Áreas con sus respectivos Instrumentos de Medición v Equipos 3.1-Área de Pretratamiento, 20 3.2-Área de Tratamiento Primario 21 3,3-Área de Tratamiento Secundario 23 3.4-Área de Tratamiento Terciario 26 3.5-Área de Espesamiento de Fangos 26 3.6-Área de Digestión Anaerobia 28 3.7-Área de Deshidratación 30 Capítulo 4 Indicadores 4.1- indicadores de Calidad 31 4.2-Actividades de control frente a condiciones de desequilibrio de la Planta producto de rangos fuera de parámetros 32 4.2.1-Área de Pretratamiento 32 4.2.2-Área de Tratamiento Primario 33 4.2.3-Área de Tratamiento Secundario 34 4.2.4-Área de Tratamiento Terciario 35 4.2.5-Área de Espesamiento de Fangos 37 4.2.6-Área de Digestión Anaerobia 39 4.2.7-Área de Deshidratación 41
Capítulo 5 Indicadores de Mantención 5.1- Matriz de falla de equipo 43 5.2-Método lógico de localización de fallas en factores dominantes 49 5.2.1-Área de Pretratamiento 49 5.2.2-Área de Tratamiento Primario 49 5.2.3-Área de Tratamiento Secundario 50 5.2.4-Área de Tratamiento Terciario 50 5.2.5-Área de Espesamiento de Fangos 51 5.2.6-Área de Digestión Anaerobia 51 5.2.7-Área de Deshidratación 52 Capítulo 6 Indicadores de Seguridad en forma global de la Planta 6.1-lndicadores de seguridad en forma global 53 Capítulo 7 Resumen de indicadores de calidad, mantención v seguridad. 7.1-Indicadores de Calidad 54 7.2-lndicadores de Mantención 55 7.3-lndicadores de Segundad 61
CONCLUSIONES 62 BIBLIOGRAFÍA 63 ANEXOS 64
1 RESUMEN El presente trabajo de titulación está destinado a dar a conocer el funcionamiento de la Planta de Tratamiento de Aguas Servidas de la ciudad de Osorno, y entregar un conjunto de indicadores en el área de Calidad, Mantenimiento y Seguridad. Como proyecto y tecnología esta planta es nueva, en su tipo en nuestro país, por ende resultará de gran ayuda el poder contar con material de apoyo para entender el proceso en sus distintas áreas, que son, Pretratamiento, Tratamiento Primario, Secundario y Terciario, Espesamiento de Fangos, Digestión Anaerobia y por último el área de Deshidratación. El desarrollo principal del trabajo, lo constituye la creación de un conjunto de Indicadores, destinados a evaluar los procesos en los ámbitos del Mantenimiento, Calidad y Seguridad. Estos indicadores además serán una vital herramienta de apoyo para los operadores de la planta al momento de requerir de tomas de decisiones, frente a la ocurrencia de problemas o anomalías de funcionamiento. Los indicadores como se mencionó, anteriormente, evaluarán los procesos de Calidad, Mantención y Seguridad. En el ámbito de la Calidad, para lograr el equilibrio biológico, son muchas las variables involucradas en el proceso, por lo que el resultado de los indicadores permitirá tomar acertadas decisiones para regularlos. En lo que se refiere al área de Mantenimiento se generan indicadores, principalmente, de los equipos críticos. Los Indicadores de Seguridad evalúan los procesos en términos generales.
2 SUMMARY The following report has been destined to give the right knowledge of the functioning of the treatment plant of served (dirty) water located in the Osorno city and to deliver a set of indicators in the area of quality, maintenance and security. As a project and technology, this plant is a new factory in its type in our country. For that reason, it will be helpful to have the right materials to support and understand the process in its different areas such as: Pre-treatment, Primary, Secondary and Tertiary Treatments, Mires thickening, Anaerobia digestion and finally the dehydration area. The development of this report constitutes the creation of a set of Indicators destined to evaluate the different processes in the areas of maintenance, quality and security. These indicators will be also a vital tool for supporting the plant operators to the movement when you need to take the correct decisions, opposite to some problems on anomalies of functioning. Those indicators, that we have previously mentioned, will evaluate the processes of Quality, Maintenance and Security. In the area of Quality, to achieve the biological balance, there are many involved in the process. For this reason, the indicators will allow us to take the right decisions to regulate them. Regarding the area of Maintenance, those indicators are generated principally from the critical equipments. The security indicators will evaluate the processes in general terms.
3 CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN Cada vivienda e industria debe estar conectada a una red de alcantarillado, la cual a través de plantas elevadoras envían las aguas servidas a la Planta de Tratamiento, ubicada en un sector fuera de la ciudad. Estas aguas ingresan a cámaras especiales donde reciben el primer tratamiento, que consiste en la extracción de substancias sólidas en suspensión, grasas y arena. El ciclo continúa con la eliminación de fango, gérmenes y patógenos, para, finalmente, descargar el agua tratada al río Rahue, Esta agua cumple con los parámetros que exigen las normas medio ambientales, lo que es fiscalizado por distintos organismos públicos, como ser la Corporación Nacional del Medio Ambiente(CONAMA) y la Súper Intendencia de Servicios Sanitarios (SIS). Esta planta es operada por personal autorizado las 24 horas del día. Si bien, es cierto, esta planta trabaja en forma automática, se hace necesario la supervisión de los procesos y los ajustes correspondientes de ciertos parámetros, ya sea, en la parte biológica como en el funcionamiento de los equipos. Existe una gran cantidad de equipos destacándose entre éstos: Tamices autolimpiantes, puentes desarenadores, aireadores sumergibles, agitadores, bombas sumergibles y de superficie, compresores de aire y de gas, válvulas neumáticas, caldera, centrífugas y equipo de desinfección luz ultra violeta, etc.
4 OBJETIVO GENERAL Estudiar y analizar el proceso de la planta, para poder generar indicadores que permitan evaluar el funcionamiento de ésta a través de las áreas de mantención, calidad y seguridad. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Estudiar los diferentes procesos de la planta Crear una base de datos con todas las variables en juego. Crear diagramas de flujo para las líneas de agua y fango y las diferentes áreas del proceso. y seguridad. Crear indicadores que cubran las áreas de mantención, calidad
5 CAPÍTULO 2 ANTECEDENTES GENERALES 2.1-Descripción General del Proceso El proceso de tratamiento, de las aguas servidas de la ciudad de Osorno,comienza con la impulsión de las aguas provenientes de la línea de alcantarillado de esta ciudad. Éstas se van acumulando en plantas elevadoras las cuales poseen grandes bombas que impulsan finalmente esta agua a la Planta de Tratamiento de Aguas Servidas. El proceso se divide en dos líneas: una denominada de Agua y la otra de Fango. La Línea de Agua, comienza con el Pretratamiento, correspondiente al primer paso que da el afluente en el proceso de tratamiento. El agua pasa por unos tamices que actúan como elemento filtrante los que retienen los sólidos más grandes, en esta sección también se extrae una gran cantidad de grasas y arenas por medio de aireación. FIGURA Nº 1. Diagrama de Flujo línea de agua
6 Luego, el agua es conducida a unas piscinas llamadas decantadores primarios, donde se decantan las partículas más pesadas que generan el fango primario y también los sobrenadantes que corresponden a las partículas que flotan, las cuales son derivadas nuevamente al pretratamiento. El agua continúa su curso a una sección llamada reactor biológico, proceso en el cual se incorporan microorganismos los que dan origen a una biomasa que consiste en bacterias que se alimentan de materia orgánica. Luego de estar un determinado período en esta sección, continúa el proceso, enviando las aguas a piscinas donde se termina de sedimentar, generándose en el fondo un fango biológico. Además, y al igual que los decantadores primarios, en esta etapa también se producen sobrenadantes, los que son retornados a pretratamiento. El agua que sale de las piscinas secundarias es descargada a un canal, el cual está provisto de lámparas ultra violeta que se encargan de eliminar la mayoría de los coliformes. De esta forma, se cumple el ciclo de la línea de agua y, por lo tanto, es descargada hacia el río Rahue de la ciudad antes mencionada. FIGURA Nº 2. Diagrama de Flujo línea de Fangos
7 La Línea de Fango tiene su origen en las piscinas primarias, que como se señaló, anteriormente, corresponde al proceso de decantación primaria de la línea de agua. Estos fangos son enviados a una piscina llamada espesador, donde se hace decantar el fango y el agua que acompaña a éste es enviada nuevamente a pretratamiento. También, se produce fango en las piscinas secundarias de la línea de agua, recibiendo el nombre de fango secundario, el cual es derivado a otra piscina llamada flotador. Dado que este fango posee una baja densidad se hace muy difícil de hacerlo decantar, por lo que se le somete a un proceso de presurización que hace flotar al fango y en este estado es barrido por medio de rasquetas. De esta manera, es enviado hacia la cámara de homogenización donde se mezcla con el fango primario, y de allí son enviados a un digestor anaeróbico, donde se degradan biológicamente las substancias orgánicas; debido a la ausencia de oxígeno libre. Posteriormente, este fango por medio de centrífugas es deshidratado y almacenado en un silo donde se envía a un vertedero en la planta, el que tiene una capacidad fija, de manera que cada cierto tiempo, debe ser reducido. Finalmente, este material es conducido a vertederos externos. En la reacción química que se produce dentro del digestor, se libera energía y una parte importante de sustancias orgánicas que se transforman en metano, el cual es utilizado como fuente energética para la caldera que se utiliza para calentar el fango del digestor. Para casos de emergencia, en los cuales no se disponga de energía eléctrica de la red, se cuenta con un grupo generador que puede hacer funcionar la planta a la mitad de su capacidad, quedando operativo sólo los equipos necesarios para no desequilibrar el proceso de tratamiento, asegurándose de esta forma la continuidad del servicio.
8 2.2- Descripción de las Áreas en Forma Funcional Como se ha mencionado anteriormente, el proceso de Tratamiento de Aguas Servidas se divide en dos: Línea de Agua y Línea de Fango. Estas líneas cumplen con un orden de flujo a través de las distintas áreas que componen la Planta de Tratamiento. A continuación, este orden se detalla mediante un Diagrama de Flujo: FIGURA Nº 3. Diagrama de Flujo de las áreas del proceso de tratamiento
9 2.2.1-Área de Pretratamiento: El primer paso en el tratamiento de las aguas va a consistir en la eliminación de materias gruesas, arenas y grasas, debido a que su presencia en la línea perturbaría el tratamiento total y el funcionamiento de los equipos. FIGURA Nº 4. Área de Pretratamiento El área de Pretratamiento consta de los siguientes procesos: Regulador de agua en exceso para evitar las sobrecargas hidráulicas en el proceso. Tamices para la eliminación de arenas y substancias sólidas densas en suspensión. Desarenado, para la eliminación de arenas y sustancias sólidas densas en suspensión. Desengrasado, para la eliminación de los distintos tipos de grasas y aceites en el agua residual, así como de elementos flotantes.
10 Al pasar el agua por los tamices autolimpiantes que actúan como filtro, las partículas que van filtrándose se evacúan mecánicamente por medio de rasquetas y son transportados mediante un tornillo prensa al contenedor de recogida, siendo trasladado a un vertedero controlado. Luego, el agua ingresa a tres canales donde se le aplica aireación, provocando que las arenas decanten en el fondo y las grasas floten a la superficie. Las arenas son extraídas por medio de bombas, las cuales impulsan esta solución agua arena a un clasificador de arenas donde retienes esta última, y luego es depositada a un contenedor. Las grasas son retiradas por medio de rastras que las conducen a unos canales donde mas tarde son evacuadas a un contenedor. 2.2.2-Área de Tratamiento Primario: La mayor parte de los sólidos en suspensión y disolución de las aguas residuales, no pueden retenerse por motivo de tamaño o densidad, en las rejas y desarenadores, ni mediante flotación, por ser mas pesada que el agua. Debido a esto, se recurre a la sedimentación o decantación. La decantación se produce reduciendo la velocidad de circulación de las aguas residuales, con lo cual las partículas en suspensión se van depositando en el fondo del decantador. Resumiendo, la sedimentación primaria se realiza inmediatamente después del pretratamiento, con la finalidad de separar los sólidos en suspensión sedimentables, en un agua residual, suponen entre el 50% y el 70% de los sólidos en suspensión totales. Esta decantación primaria se efectúa a través de tres decantadores con las mismas características.
11 FIGURA Nº 5. Área de Tratamiento Primario Los Decantadores Primarios se componen de los siguientes elementos: Entrada del efluente. Éste está diseñado de tal forma que la corriente de alimentación sea difundida homogéneamente. Deflectores, tanto en la entrada como en la salida, el primero para conseguir un buen reparto del agua de alimentación y el segundo, para evitar que los flotantes pasen al tratamiento Biológico. El vertedero en la salida tiene una nivelación que permite una velocidad uniforme inferior a 12m/h. Concentrador de Fangos, donde están concentrados para su posterior evacuación. Puente rodante, de donde se soportan las rasquetas de fondo y superficie, las primeras encargadas de barrer y acumular el fango sedimentado en el concentrador, y las segundas encargadas de conducir los flotantes hasta la tolva para su evacuación. Los fangos recogidos en los concentradores de los decantadores primarios, son enviados a un espesador por medio de bombeo situado en una cámara donde además están situadas las válvulas de purga del decantador.
12 En el espesador los fangos son concentrados y, posteriormente, bombeados al digestor, junto con los fangos biológicos procedentes del flotador, para su posterior traslado al depósito tampón y su deshidratación. 2.2.3- Área de Tratamiento Secundario: Luego que el agua sale del área de decantación primaria, ingresa al reactor biológico donde el objetivo del proceso es la eliminación, estabilización o transformación de la materia orgánica coloidal y disuelta presente en las aguas, no separables por operaciones físicas o químicas y no sedimentables. Esta transformación se consigue con la actividad de los microorganismos, mediante dos acciones complementarias: tales como la acción metabólica y la acción física. De forma natural, millones de microorganismo utilizan para su alimentación la transformación de la materia orgánica de los residuos. Estos procesos debido a la actividad de los microorganismos, se conocen con el nombre de acción metabólica o metabolismo. En resumen, la depuración biológica se basa en la capacidad que poseen los microorganismos para degradar total o parcialmente los compuestos orgánicos que contienen el agua residual, con el fin de realizar sus funciones vitales, es decir, nutrición, relación y reproducción. Otro aspecto importante en el tratamiento Secundario es el caudal de recirculación del fango presente en los decantadores secundarios. No se debe olvidar, que el flujo del agua fluye desde los decantadores primarios hacia el reactor biológico, y de éste hacia los decantadores secundarios, de tal manera que si no se recircula el fango presente en los decantadores secundarios, donde esta presente toda la micro fauna generada en el biológico, devolviéndolo en un todo o en una parte importante hacia la cabeza del reactor para su mezcla con el agua procedente de los decantadores primarios, los fangos acabarían entrando en anoxia dentro de los decantadores secundarios, muriendo y anulando todo el proceso biológico de tratamiento de la planta. El caudal a circular normalmente va desde un 100% del caudal de entrada hasta un 150%.
13 FIGURA Nº 6. Área de Tratamiento Secundario-Biológico 2.2.4-Área Tratamiento Terciario: Una vez que el agua sale de los decantadores secundarios se dirige a un sistema de desinfección por rayos ultravioleta. Éste es un proceso físico realizado mientras el agua pasa por una cámara de radiación. La luz ultra violeta puede, fácilmente, matar bacterias que sobreviven al cloro residual. Éste es un excelente medio para destruir las bacterias coliformes y los virus efluentes secundarios. El rango de las radiaciones ultra violetas y de las correspondientes ondas electromagnéticas puede subdividirse de acuerdo con sus efectos biológicos, siendo la correspondiente en el rango de corta longitud entre 200 y 280 NM la que tiene efecto germicida.
14 FIGURA Nº 7. Área de Tratamiento Terciario La razón de este efecto se debe a que la radiación ultra violeta origina cambios químicos en el ácido dexosirribonucleico de los microorganismos, impidiendo su reproducción, por consiguiente inactivándolos. El tiempo en que estas reacciones foto-químicas tiene lugar, se mide en fracciones de segundo. El rendimiento de la inactivación depende directamente de la exposición de los microorganismos a dichas reacciones. Una vez terminado el proceso, el agua se dirige al cauce del río Rahue. 2.2.5-Área de Espesamiento de Fangos: Como se mencionó, anteriormente, los fangos producidos en los tratamientos primarios y secundarios son enviados a dos direcciones: los primarios al espesador y los secundarios al flotador. El espesador actúa por gravedad. Éste tiene un diseño similar al de los decantadores circulares como el de los Primarios y Secundarios. La alimentación se realiza por la campana central que sirve de reparto y como zona de tranquilización, con una altura tal que no influye en la zona inferior de compactación. El fondo tiene una pendiente aproximada al 10%.
15 FIGURA Nº 8. Espesador de Lodos por Gravedad. Los fangos se concentran y recogen en el canal central desde donde son extraídos a la cámara de homogenización por medio de válvulas automáticas. Estas válvulas funcionan temporizadas, para optimizar el rendimiento del espesador, siendo los valores de concentración en el fango extraído aproximadamente, de un 5% y 7%. El espesamiento por flotación trabaja con los fangos procedentes del tratamiento Biológico. Éstos se extraen del proceso y se espesan mediante un sistema de flotación, debido al bajo peso específico de los floculos, elevada septibilidad y débil característica de compactación. El sistema se basa en que cuando se introduce aire a presión en un líquido con cierto contenido de sólidos, parte de las burbujas de aire se fijan en estos elementos sólidos y debido a la menor densidad del agregado este tiende a flotar.
16 FIGURA Nº 9. Espesador de Lodos por Flotación Es función de los siguientes factores el que se produzca la flotación con una mayor o menor facilidad, estos factores se mencionan a continuación: Afinidad del aire a la partícula Densidad de la partícula Diámetro de la partícula Los valores medios de concentración de fango flotado retirado y almacenado en la cámara de homogenización, varían entre un 3% y 4% con respecto al agua. En la cámara de homogenización, los fangos procedentes de los dos sistemas se mezclan por medio de un agitador. El fango resultante es la mezcla de ambos con una concentración aproximada al 5%, con el fin de alimentar el digestor de fangos por medio del bombeo instalado en dicho depósito. 2.2.6-Área de Digestión Anaerobia: La Digestión anaerobia es un proceso bioquímico multiestado que puede estabilizar diferentes tipos de materia orgánica, reduce los sólidos procedentes de la decantación primaria y del
17 tratamiento biológico, donde los microorganismos descomponen los sólidos orgánicos en ausencia de oxigeno. La digestión del fango se produce en tres fases: en la primera, las enzimas extracelulares descomponen los sólidos orgánicos complejos, celulosa, proteínas y lípidos en ácidos orgánicos solubles, alcoholes, dióxido de carbón, y amonia. FIGURA Nº 10. Área de Digestión Anaerobia En la segunda fase, los microorganismos convierten los productos en la primera fase en ácido acético, hidrógeno, dióxido de carbono, y otros ácidos orgánicos de bajo peso molecular. En la tercera fase, actúan dos grupos de bacterias formadoras de metano, un grupo convierte el hidrógeno y dióxido de carbono en metano y el otro convierte el acetano en metano y bicarbonato. El digestor debe estar en continuo proceso de mezclado para obtener la mejor distribución posible del alimento y de los microorganismos, con el fin de aumentar la velocidad de las reacciones bacterianas. Este proceso se efectúa por medio del mismo Biogás que se produce en su interior y a través de compresores, que aspiran e impulsan el Biogás nuevamente con el objeto de ir agitando el fango dentro del Digestor.
18 Además, el fango debe permanecer entre los 35º C y 37º C. Para mantener esta temperatura se hace recircular el fango del digestor por medio de un intercambiador de calor. La digestión a estas temperaturas puede tardar entre 20 y 30 días, según sea el grado de reducción de materia volátil requerida y la efectividad del mezclado. 2.2.7-Área de Deshidratación: Los fangos procedentes de la Digestión anaerobia se almacenan en un depósito llamado Tampón para posterior deshidratación. La concentración media del fango digerido es del 2,5% y para mantener homogéneo este fango el depósito Tampón está provisto de un agitador de fondo. Los Decantadores centrífugos encargados de deshidratar el fango digerido, lo concentra hasta un 23% de sequedad. El funcionamiento de cada decantador centrífugo se regula según las condiciones del fango que se quiera sacar. Una vez que el fango ha sido deshidratado, se envía a un silo, que luego es transportado a un vertedero. FIGURA Nº 11. Área de Deshidratación.
19 CAPÍTULO 3 DESCRIPCIÓN DE LAS ÁREAS CON SUS RESPECTIVOS INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN Y EQUIPOS FIGURA Nº 12. Diagrama de flujo de la línea de Fangos con los sistemas de medición y equipos por áreas
20 En las respectivas áreas, que conforman el proceso de tratamiento, se encuentran involucrados una serie de instrumentos de medición y equipos que son necesarios para complementar el proceso y para la fiscalización de parámetros que son de vital importancia para mantener el equilibro y buen funcionamiento de la planta. Estos instrumentos y equipos serán elementos con los cuales se trabajará, más adelante, cuando tengamos que definir nuestros indicadores en las áreas de mantención, calidad y seguridad, por lo tanto es de gran importancia que los conozcamos. 3.1-Área de Pretratamiento Control: Medidor de Ph Medidor de Conductividad Medidor de temperatura Equipos: Tamices Autolimpiantes: Cuando el agua ingresa a la planta proveniente de la ciudad, pasa por estos tamices donde queda el material sólido de mayor tamaño. Existen tres de ellos, los que están provistos de un sistema autolimpiante. Tornillo Compactador: Todo el material sólido que es extraído por los tamices, se deposita en un recipiente donde se aloja un tornillo compactador que lo compacta y luego lo deposita en un contenedor
21 Puentes Desarenadores y Desengrase: Una vez que el agua pasa por los tamices autolimpiantes, el agua ingresa a tres canales que están provistos de aireadores en el fondo y así provocar una aireación suficiente para que las arenas decanten en el fondo y las grasas floten a la superficie. Las arenas son extraídas por medio de bombas ubicadas en la parte superior de cada puente las cuales impulsan esta solución agua arena a un clasificador de arenas donde luego es depositada a un contenedor. Las grasas son retiradas por medio de rastras que las conducen a unos canales donde luego son evacuadas a un contenedor 3.2-Área de Tratamiento Primario 3.2.1-Decantación Primaria Control: Sensores de nivel en las cámaras de sobrenadantes Equipos: Puente giratorio: Una vez que el agua pasa por los puentes desarenadotes, ésta ingresa a tres decantadores en los cuales se produce la sedimentación y para que el fango no se concentre demasiado en el fondo el puente esta girando provisto de rastras el fondo, para obtener el movimiento esta provisto de un moto reductor ubicado en el extremo externo. Además, éste está provisto de una rastra en su parte superior con el objeto de arrastrar todo el material que flote en la superficie y así depositarlo en la cámara de sobrenadantes
22 También para mantener el canal de salida limpio están provistos de un motoreductor con una escobilla de limpieza, el que actúa con un temporizador. Bomba de sobrenadantes: Esta bomba envía los sobrenadantes que se van acumulando en la cámara a Pretratamiento específicamente al canal de grasas. Válvula Neumática: Es una válvula ubicada en la línea de descarga de los decantadores. Ésta se controla de forma automática dependiendo de la carga de Fango que tenga en el interior del decantador. FIGURA Nº 12. Diagrama de flujo de la línea de Fangos con los sistemas de medición y equipos por áreas
23 3.2.2- Planta elevadora de Fangos Primarios Control: Sensores de nivel Caudalímetro Equipos: Bombas Sumergibles: Cuando se abren las válvulas de purga de cada decantador primario, se conduce todo ese fango decantado a una planta elevadora donde se ubica un grupo de tres bombas sumergibles, las cuales impulsan ese fango al espesador de fangos. 3.3-Área de Tratamiento Secundario 3.3.1-Biológica Control: Sensores de Oxígeno Sensores de Ph Sensores de Conductividad Flujómetro de aire
24 Equipos: Agitador de Fondo: Para mantener la homogenización del agua se dispone de tres agitadores de fondo, uno para cada reactor, en total son tres A, B y C. Membranas: También se dispone de membranas en el fondo de los reactores. Éstas suministran el aire necesario para la supervivencia de las bacterias. 3.3.2-Decantación Secundaria Control: Sensores de nivel de las cámaras de sobrenadantes Equipos: Puente giratorio: Una vez que el agua ha pasado por el reactor Biológico, ésta ingresa a tres decantadores en los cuales se produce la sedimentación y para que el fango no se concentre demasiado en el fondo, el puente está girando provisto de rastras en el fondo. Además, éste está provisto de una rastra en su parte superior con el objeto de arrastrar todo el material que flote en la superficie y, así depositarlo en la cámara de sobrenadantes. Bomba de sobrenadantes: Esta bomba envía los sobrenadantes que se van acumulando en la cámara a Pretratamiento, específicamente, al canal de Grasas.
25 Válvula Neumática: Es una válvula ubicada en la línea de descarga de los decantadores. Está se controla de forma automática dependiendo de la carga de Fango que tenga en el interior del decantador. 3.3.3-Recirculación de Fango y Fangos en exceso Control: Caudalímetro de fangos en exceso. Caudalímetro de recirculación. Equipos: Bombas de Recirculación de Fango: Para tener buenas concentraciones de bacterias en el Reactor Biológico, se debe recircular el agua para lo cual se necesitan bombas de gran envergadura. En este caso son cinco bombas que recirculan el agua desde la cámara de reparto secundaria y el Reactor Biológico con una capacidad de 600m3L/h cada una. Bombas de Fangos en Exceso: Cuando el nivel de fango es considerable producto de las descargas de los Decantadores Secundarios y de altas concentraciones en el Biológico, este fango se bombea a través de tres bombas al flotador de fango.
26 3.4-Área de Tratamiento Terciario Control: Sensor de Caudal Sensor de Nivel Equipos: Bancos de Lámparas UV: Una vez que el agua sale de los decantadores secundarios, es dirigida hacia un canal abierto donde están ubicados dos bancos de lámparas ultra violetas. Compresor de Aire: Está encargado de suministrar aire, para el sistema de limpieza neumático que están provistas las lámparas UV con el objeto de no disminuir su eficiencia. Bombas de Aguas de Servicio: Una vez que el agua pasa por el proceso de desinfección UV, el agua es enviada a una cámara la cual esta provista de un grupo de bombas que alimentan a la planta de agua para ser utilizada en riego, limpieza y refrigeración de algunos equipos. 3.5-Área de Espesamiento de Fangos: 3.5.1-Espesamiento por Flotación de Fangos Control: Sensor de Nivel Manómetro Caudalímetro Columna de Nivel
27 Equipos: Puente: Una vez que el agua es impulsada a presión, el fango flota en la superficie, y por medio de un puente que va girando provisto de una rastra va empujando el fango a un drenaje que llega a la cámara de homogenización. El movimiento del puente se obtiene a través de un motoreductor ubicado en el extremo externo. Bombas de Sistema Presurizado: Es un grupo de tres bombas que envían el agua al estanque presurizado. Éste es un sistema cerrado que ingresa y recircula el agua. Compresores de Aire: Son un grupo de cuatro compresores que abastecen de aire al estanque presurizado y a las válvulas neumáticas de la planta. 3.5.2-Espesamiento por Gravedad Control: Equipos: Agitador: Para evitar que el fango se solidifique y mejore su decantación se provee de un agitador en su parte central. Válvula Neumática: Es una válvula ubicada en la línea de descarga. Ésta se controla de forma automática dependiendo de la carga que tenga en el interior el Espesador.
28 3.5.3-Cámara de Homogenización Control: Caudalímetro Equipos: Agitador de Fondo: Para homogeneizar el fango tanto de los decantadores primario como secundarios, se debe agitar continuamente. Para ello, se encuentra instalado un agitador de fondo. Bombas de fango: El fango que es acumulado en la cámara de homogenización debe ser retirado e impulsado al digestor. Para ello se dispone de tres bombas de tornillo. 3.6-Área de Digestión Anaerobia: 3.6.1-Calefacción Control: Sensor de Temperatura del Intercambiador de Calor Sensor de Ph Manómetro
29 Equipos: Caldera: Para mantener una temperatura constante dentro del digestor se debe hacer circular el fango por un intercambiador de calor. El agua que alimenta este intercambiador es calentada por medio de una caldera equipada con quemador mixto Diesel- Biogás. Bombas de Circulación de Agua Caliente: Son dos Bombas que suministran agua caliente proveniente de la caldera al intercambiador de calor. 3.6.2-Digestor de Fangos Control: Sensor de Temperatura del Digestor de Fangos Equipos: Bombas Recirculadora de Fango: Estas bombas hacen circular el fango proveniente del Digestor para mantener la temperatura entre 36º C a 37 º C. Compresores de Gas: Estos compresores tienen como objetivo aspirar el gas producido en el interior del Digestor y luego impulsarlo nuevamente hacia él, para así agitar el fango en el interior y provocar una homogenización de éste.
30 3.7-Área de Deshidratación Control: Sensor de Nivel del canal de descarga de las Centrífugas Caudalímetro en cada Centrífuga Equipos: Centrífugas: Existen dos centrífugas que pueden funcionar en forma independiente dependiendo de las capacidades que posea la planta. Estas centrífugas reciben el fango proveniente del depósito tampón. Tornillo Transportador: Una vez que el fango sale deshidratado de las centrífugas, es depositado a un tornillo transportador el cual lo dirige a una bomba de tornillo. Bomba de Fangos al Silo: El fango que es depositado por el tornillo transportador lo impulsa esta Bomba de Tornillo al interior del Silo.
31 CAPÍTULO 4 INDICADORES DE CALIDAD 4.1-Indicadores en Control de Calidad del Agua y Fango
32 4.2- Actividades de control frente a condiciones de desequilibrio de la planta producto de rangos fuera de parámetros. 4.2.1-Área de Pretratamiento Nivel muy alto de Ph: Cuando el nivel de Ph excede las 8 unidades suena una alarma de estado crítico, en los computadores que monitorean la planta. Cuando esto sucede el operador de turno correspondiente abre la compuerta de by-pass que existe a la llegada del afluente del área de Pretratamiento. El agua que es desviada al by-pass es dirigida directamente al cauce del río Rahue para que no entre en contacto con el proceso, ya que, el alto nivel de Ph produciría un desequilibrio en la Biomasa del Reactor Biológico. Nivel muy alto de Conductividad: Al subir el nivel de conductividad sobre los 1500 unidades en el Afluente también se activa una alarma de peligro en el computador de control. Cuando esto sucede debe abrirse la compuerta del by-pass para que esta descarga no tome contacto con el tratamiento Biológico. FIGURA Nº 9 Indicadores de ph y Conductividad del Afluente
33 4.2.2-Área de Tratamiento Primario Fango reflotado en los Decantadores Primarios: Cuando se comienza a detectar fango reflotado en la superficie de los Decantadores Primarios, esto se debe a la nitrificación que se está produciendo debido al excesivo tiempo de retención del fango que se ha acumulado. Para ello, se debe comprobar lo siguiente: Que las válvulas neumáticas ubicadas en la descarga de cada Decantador esté actuando, por lo cual, se va a la cámara de Fango Primario y se observa si el nivel de la cámara comienza a subir. Que las bombas de Vaciado de la cámara de Fango Primario estén actuando, por lo cual se inspecciona el nivel de esta cámara. FIGURA Nº 10 Fango Reflotado en la Superficie de Decantadores Primarios
34 4.2.3-Área de Tratamiento Secundario Espuma de color café oscuro en la superficie del Reactor Biológico: Esta situación es propicia de un aumento de Bacterias Filamentosas, como es el caso de Microthrix parvicella o Nocardia, que se asocian con espumas y flotación de fango. Disminuir el Oxígeno Disuelto: se debe reducir la Oxigenación nunca por debajo de 1 ppm, para esto se le baja la capacidad a los Soplantes que son los encargados de suministrar el oxígeno al Reactor Biológico. Se aumentará el caudal de purgas hacia el área de espesamiento de fangos para bajar las concentraciones de Biomasa del Reactor Biológico. Espuma de color Blanca en la superficie del Reactor Biológico: La generación de este tipo de espuma se produce cuando la Biomasa del Reactor Biológico se ha muerto o ha disminuido sustancialmente. Para mitigar este problema se debe hacer lo siguiente: Si es de gran consideración, se puede introducir a las cubas del Reactor una substancia antiespumante. Se deben bajar las purgas de fango hacia el Área de Espesamiento de Fango, con el fin de aumentar las concentraciones de Biomasa en el Reactor Biológico.
35 FIGURA Nº 11 Generación de Espumas en Reactor Biológico 4.2.4-Área de Tratamiento Terciario Nivel alto de coliformes: Esto se puede deber a dos causas, la primera a una mala calidad del agua y la segunda una baja dosificación del Grupo de Desinfección Ultra Violeta. Procedimientos a seguir: Si la calidad del agua es mala, se debe revisar el agua de salida de los Decantadores Secundarios, con lo que debe arrojar una transmitancia sobre un 45% de transparencia, si no es así es por causa de una nitrificación de los decantadores producidas por un fango de mucha edad acumulado en el fondo de los Decantadores. Lo mismo hay que aumentar el caudal de Purga hacia el Área de Espesamiento de Fango incrementando la frecuencia de las bombas desde los computadores del Control de Planta.
36 Si la dosificación es baja, por parte del grupo de desinfección Ultra Violeta, se debe revisar en el cuadro de control del Grupo si no hay alguna lámpara fuera de servicio. Si fuera así existen dos posibilidades, que la lámpara este quemada o que la tarjeta de control de esta estuviese quemada. Para saber cuál es, se debe revisar un sistema de luces de control que tiene cada tarjeta, las que son dos de color verde y naranjo. Si no hay ninguna de las dos prendidas, la tarjeta está quemada y si sólo esta prendida, la luz naranja la lámpara significa que está quemada. Desborde del Canal de Desinfección Ultra Violeta: Esto se debe a una sobrecarga del caudal en el interior del canal donde van montadas las lámparas Ultra Violeta. Por tal motivo se debe verificar lo siguiente. Revisar el dispositivo de medición de Caudal del canal. Para ello, se verifica el caudal en la pantalla de control del Grupo de desinfección. Si arroja valores anormales, ésta es la falla, ya que si la señal es errónea la compuerta de descarga del canal, como es automática, funciona directamente con este dispositivo para mantener un nivel de agua constante en el canal.
37 4.2.5-Área de Espesamiento de Fangos: Nivel de Fango Bajo en la superficie del Flotador de Fangos: Esto se debe a que no llega fango suficiente desde la cámara de fango de los decantadores secundarios o que la presión de llegada al flotador es muy baja, por lo tanto, se debe verificar lo siguiente: Observar la cámara de fangos de los Decantadores Secundarios. Si se encuentra con un nivel mínimo de fango, se debe programar las bombas que envían el fango al flotador, de tal manera que tengan más tiempo detenidas para que se logre elevar el nivel de Fango de la Cámara. Si el nivel de agua del estanque de Presurización está sobre la media de éste, ésa es la causa de la baja presión de entrada al Flotador. Para esto, se debe vaciar el agua del estanque hasta que llegue a la mitad de éste y así dar cabida a más aire presurizado.
38 FIGURA Nº 12 Nivel Bajo de Fango en la Superficie del Flotador de Fangos Fango reseco en la superficie del Espesador de Fangos: La causa de este fenómeno se debe al tiempo de retención del fango en el espesador. Para detectar la causa, se deberá analizar lo siguiente: Revisar el tiempo de apertura de la válvula neumática de purga del espesador en los computadores de control de la planta. Ésta debe ser de acuerdo a la cantidad de fango que se le introduce de los Decantadores Primarios. Revisar la válvula neumática que no éste obstruida. Si esto fuese así, se debe introducir agua a presión a través de una conexión ubicada en la tubería. Fango con baja concentración en la cámara de homogenización: Esto se debe a que el fango del espesador es de baja concentración al igual que el del Flotador de lodos, o también a que el agitador de la cámara de homogenización esta detenido. Para detectar la falla se deberá observar lo siguiente:
39 Si las concentraciones son demasiado bajas en el espesador y flotador de fangos, se deberá exclusivamente a los fangos con poca retención en los decantadores ya que son muy diluidos. Para contrarrestar esto, se deben reducir las purgas de los decantadores con el fin de aumentar las concentraciones. El agitador de fondo de la cámara podría estar detenido por un exceso de suciedades que se acumulan en la hélice. El motor se recalienta y salta la protección térmica, indicándose en el gabinete eléctrico del equipo por medio de una luz roja. Por lo tanto, se debe levantar el agitador y efectuarle una limpieza. 4.2.6-Área de Digestión Anaerobia: Temperatura del Fango bajo los 36º C: Se debe al mal funcionamiento del sistema de transferencia de calor, ya sea por el mal funcionamiento de la caldera o el mal funcionamiento de la válvula de tres vías, que trabaja con el termóstato de partida automática. Se debe revisar en momento que la caldera reciba la orden de partida, no acuse fallo en la partida. Esto se debe a veces a algún tipo de cambio en las características del Bio Gas. Si esto ocurriese se debe regular el quemador aportándole o disminuyéndole la entrada de aire. La válvula de tres vías tiene un selector por el cual se puede programar el funcionamiento manual o automático. A veces se realiza una errónea manipulación por parte del operador. Siempre debe estar en esta última función para que trabaje con el termostato de partida automático, de no ser así, la caldera no funcionaria.
40 Inestabilidad del Digestor de Fangos: Se consideran cuatro causas básicas en la inestabilidad de un digestor: sobrecarga hidráulica, sobrecarga orgánica, oscilaciones bruscas de la temperatura y la sobrecarga tóxica. Para cada una de estas causas, se debe tener en cuenta los siguientes aspectos: Sobrecarga hidráulica: Ésta se produce cuando el tiempo de retención se reduce hasta el punto que los microorganismos no se reproducen tan rápidamente. Esto puede ocurrir como consecuencia de una alimentación poco concentrada, por exceso de la producción de fangos, por una reducción del volumen del digestor. Como consecuencia, de la acumulación de sedimentos y espumas o por un deficiente proceso en el mezclado. Sobrecarga Orgánica: cuando la cantidad de materia orgánica con que se alimenta el digestor es muy elevada y excede a la cantidad de materia orgánica que pueden asimilar los microorganismos, se produce un desequilibrio y la sobrecarga orgánica en el digestor. La sobrecarga orgánica producirá una desestabilización de las reacciones que ocurren en todo el proceso digestivo, tendiendo el sistema a la fase ácida por tanto bajará el ph, anulándose la fase alcalina y con ello la producción de metano. El rango de alimentación orgánica máximo será el que se estipula en el proyecto, pero independientemente de ésta se podrá ajustar en función de los resultados analíticos obtenidos. Temperatura: cuando la temperatura del fango en el digestor cambia rápidamente, durante varios días de 1 ó 2 grados diarios, se produce un choque en el conjunto de microorganismos formadores de metano. Si las bacterias formadoras de metano no se reactivan rápidamente, las formadoras de ácido que no les afecta la temperatura, continúan con la
41 formación de ácidos volátiles. Los ácidos volátiles consumen la reserva de alcalinidad, resultando una caída fatal del ph. Sobrecarga Tóxica: este proceso de digestión anaerobia es sensible a ciertos compuestos como sulfatos, ácidos volátiles, metales pesados, calcio, sodio, potasio, oxigeno disuelto y amonia. La concentración de inhibición de una substancia depende de muchas variables, incluyendo el ph, carga orgánica, temperatura y carga hidráulica, la presencia de otros materiales y la relación entre la concentración de la substancia tóxica y la concentración de la biomasa. 4.2.7-Área de Deshidratación Fango Deshidratado con alto porcentaje de humedad: Este fenómeno se debe a una mala calibración de las bombas dosificadoras de la emulsión de polímero o a una calibración de las centrífugas. Por este motivo, se debe verificar lo siguiente: Que las bombas que impulsan el fango a las centrifugas entreguen un caudal no muy elevado, se debe controlar la dosificación de la emulsión de Polímero a las centrífugas, ya que, si es excesivo el fango deshidratado tendrá un porcentaje de humedad muy elevado. Que al obtener un menor porcentaje de humedad en el fango deshidratado, se deberán cambiar de posición unas placas ubicadas en el interior de las centrífugas.
42 FIGURA Nº 13 Bombas Dosificadoras de Polímero
43
44
45
46
47
48
49 5.2-Método Lógico de Localización de Fallas en Factores Dominantes 5.2.1-Área de Pretratamiento: Bajo caudal en tubería de Descarga de Arenas: Al inspeccionar que el puente desarenador este en funcionamiento se debe verificar el caudal en la tubería de descarga de arenas ya que éste no debe detenerse. Equipo Crítico: No existe, ya que existen tres puentes desarenadores totalmente independientes, por lo cual, se puede intervenir cualquiera de ellos en caso de la reparación de la bomba desarenadora. 5.2.2-Área de Tratamiento Primario: Bajo caudal en Impulsión de fangos Primarios: Se deben chequear las 3 bombas si el caudal de Fangos primarios es muy inferior al puesto en la consigna del programa de control de Planta. Equipo Crítico: No existe, ya que el grupo de impulsión lo componen tres bombas de las cuales sólo actúa una.
50 5.2.3-Área de Tratamiento Secundario: Bajo Caudal en la recirculación de Fangos: Cuando el caudal es muy inferior al de la consigna de programación, se debe chequear las bombas junto con los gabinetes eléctricos. Equipo Crítico: No hay un equipo crítico, ya que el grupo de bombas de recirculación se componen de cinco, por lo cual se puede trabajar sin problema. 5.2.4-Área de Tratamiento Terciario: Baja Dosis en la Desinfección Ultra Violeta: Si la dosis ha bajado considerablemente al compararla con los registros anteriores, se tendrá que revisar si las lámparas están en buenas condiciones o si es alguna tarjeta integrada que se encuentra quemada. Equipo Crítico: En esta área el equipo de desinfección es crítico ya que es único y no se puede dejar de desinfectar para no provocar impacto en el medio ambiente, en la salud de las personas y evitar las graves multas que se podrían generar. Por consiguiente, se debe mantener en stock los siguientes repuestos que estadísticamente son los que más fallan: balastos son tarjetas integradas que controlan las lámparas junto con interfaces que son elementos de protección. Es conveniente, mantener esta clase de repuestos en stock, debido a que no se encuentran en el país, y deben ser importados desde Europa. El tiempo en disponer de estos repuestos en el país es aproximadamente de tres semanas.
51 5.2.5-Área de Espesamiento de Fangos La purga del Espesador de Fangos no Funciona: Se debe verificar si existe aire en la línea y después revisar la Válvula Neumática de purga. Equipo Crítico: El equipo crítico es la válvula neumática ya que existe sólo una línea de purga en el espesador. Hay que mantener en stock la manga de goma, pieza de recambio de la válvula, la cual es el punto de falla y más aún esta pieza hay que mandarla a pedir a España y demora por lo menos 3 semanas en tenerla disponible. 5.2.6-Área de Digestión Anaerobia: No existe recirculación de fangos en el intercambiador de calor: Cuando ocurre este tipo de problema se debe desmontar las bombas de Recirculación. Estas bombas están propensas a acumular desechos como pelos y otro tipo de desechos generando la obstrucción del equipo. Equipo Crítico: El equipo crítico es la Caldera ya que existe una sola y es de vital importancia que el fango mantenga una temperatura constante. La caldera en sí, sólo debe coordinarse la mantención preventiva y limpieza de acuerdo a la planificación de mantención que se siga. Existen repuestos y asistencia en el comercio nacional.
52 5.2.7-Área de Deshidratación: Rebalse en canal de la Bomba de Tornillo al Silo de Fangos: Esta situación se debe a la acumulación de agua en la camisa donde va montado el estator que es una pieza de goma donde circula el tornillo. Para ello, se debe abrir la válvula de purga, una vez quitada el agua, probar y si continúa debe cambiarse el estator, ya que, el problema se debería al desgaste. Equipo Crítico: El equipo crítico es la Bomba de Tornillo al Silo de Fango, ya que, es la encargada de la descarga de todo el fango deshidratado, y es la única por el cual se genera un grave problema al no tenerla operativa.la falla común es el desgaste del estator, por lo tanto,se debe tener uno en stock, debido a que no se encuentra en el comercio nacional y se debe importar con lo que se tiene un tiempo estimado de tres semanas en estar a disposición.
53 CAPÍTULO 6 INDICADORES DE SEGURIDAD 6.1-Indicadores de Seguridad en Forma Global Indicador Parada de emergencia de equipo activada Alarma de gases activada en sala Etiqueta roja en válvulas de agua Causal Equipo en intervención Fuga en línea de gas Válvula cerrada por intervención de línea 6.2-Indicadores de Seguridad en Enfermedades Infecto Contagiosas Indicador Cuadro febril prolongado y compromiso variable del estado general Inflamación del hígado Vómitos y diarrea muy abundante Enfermedad Fiebre Tifoidea Hepatitis A Cólera
54 CAPÍTULO 7 Resumen de indicadores de calidad, mantención y seguridad. 7.1-Indicadores de Calidad
55
56
57
58
59
60
61 7.3- Indicadores de Seguridad 7.3.1-Indicadores de Seguridad en Forma Global Indicador Parada de emergencia de equipo activada Alarma de gases activada en sala Etiqueta roja en válvulas de agua Causal Equipo en intervención Fuga en línea de gas Válvula cerrada por intervención de línea 7.3.2-Indicadores de Seguridad en Enfermedades Infecto Contagiosas Indicador Cuadro febril prolongado y compromiso variable del estado general Inflamación del hígado Vómitos y diarrea muy abundante Enfermedad Fiebre Tifoidea Hepatitis A Cólera
62 CONCLUSIONES La existencia de una Planta de Tratamiento de Aguas Servidas es una necesidad debido al vertiginoso crecimiento tanto de la población, como de las actividades industriales, al incremento del turismo, y,en general, por las crecientes necesidades de una población que se desarrolla y evoluciona cada día. Tras ver lo complejo que es llevar un equilibrio óptimo del proceso de tratamiento de las Aguas Servidas, es de gran utilidad el material recopilado en esta memoria. Estos indicadores para el operador de planta es una herramienta que le sirve para tomar decisiones en forma mas rápida y eficiente, a partir de una base de datos o indicadores, con el cual disminuye el margen de error que lleva tomar una decisión importante en el proceso ya sea en las áreas de mantención, calidad o seguridad. También un error en el proceso implicaría un gran daño a la flora y fauna que se ha logrado recuperar tanto en el Rió Rahue como en sus riveras. Además, como es una materia relativamente nueva en nuestro país, no existe mucho personal con los conocimientos básicos en la operación de este tipo de Planta, y, por lo tanto, aumenta la importancia de material de apoyo.