anexo 10 planta lixiviados rs castro

ANEXO PLANTA DE TRATAMIENTO DE LIXIVIADOS

E s t u d i o d e I m p a c t o A m b i e n t a l

C e n t r o d e M a n e j o y D i s p o s i c i ó n F i n a l d e R e s i d u o s S ó l i d o s C h i l o é I l u s t r e M u n i c i p a l i d a d d e C a s t r o

ANEXO

PLANTA DE TRATAMIENTO DE LIXIVIADOS




1. ANTECEDENTES GENERALES .................................................................. 1 2. VARIABLES DE DISEñO ............................................................................. 2

2.1. CAUDAL ..................................................................................................................... 2 2.2. COMPOSICIÓN ......................................................................................................... 2 2.3. REQUERIMIENTO FINAL .......................................................................................... 4

3. SISTEMA PROPUESTO ............................................................................... 6 3.1. TRATAMIENTO FÍSICO-QUÍMICO: DECANTADOR ................................................ 6 3.2. TRATAMIENTO AEROBIO POR LODOS ACTIVADOS ............................................ 7 3.3. TRATAMIENTO FÍSICO: FILTRACIÓN ..................................................................... 7 3.4. TRATAMIENTO AVANZADO. FILTRACION CARBON ACTIVADO ......................... 8 3.5. TRATAMIENTO DE LODOS ...................................................................................... 8

4. DISEÑO DE PLANTA DE TRATAMIENTO .................................................. 9 4.1. TRATAMIENTO FÍSICO-QUÍMICO: SEDIMENTADOR PRIMARIO ........................ 11 4.2. TRATAMIENTO BIOLÓGICO .................................................................................. 12

4.2.1. LODOS ACTIVADOS: DESNITRIFICACIÓN ..................................................... 12 4.2.2. LODOS ACTIVADOS: NITRIFICACIÓN ............................................................ 14 4.2.3. LODO ACTIVADO: SEDIMENTADOR SECUNDARIO ..................................... 19

4.3. TRATAMIENTO AVANZADO ................................................................................... 20 4.3.1. FILTRO ARENA ................................................................................................. 20 4.3.2. FILTRO CARBÓN ACTIVADO .......................................................................... 21

4.4. LÍNEA DE LODOS ................................................................................................... 23 4.4.1. CONCENTRADOR-ESPESADOR POR GRAVEDAD ....................................... 23 4.4.2. DESHIDRATADOR-FILTRO DE PRENSA ........................................................ 23 4.4.3. ESTABILIZACIÓN POR CAL ............................................................................. 24 4.4.4. DETERMINACIÓN DE LA ALCALINIDAD NECESARIA ................................... 24 4.4.5. DISEÑO DE TANQUE DE ALMACENAJE DE LA SOLUCIÓN

ALCALINA. ......................................................................................................... 25 4.4.6. CONTROL Y MONITOREO ............................................................................... 26

4.5. RESULTADOS ......................................................................................................... 26 4.5.1. RESULTADOS DEL BALANCE DE MATERIA .................................................. 26 4.5.2. RESULTADOS DE DISEÑO .............................................................................. 28 4.5.3. DIAGRAMA DE FLUJO DEL SISTEMA ............................................................. 29

4.6. PLANIFICACIÓN DEL MONITOREO AMBIENTAL DE LA PTL .............................. 31 5. PLAN DE CONTINGENCIAS ...................................................................... 32

5.1. ASPECTOS GENERALES ....................................................................................... 32 6. DESCRIPCIÓN DE OBRAS DEL PROYECTO .......................................... 33

6.1. INSUMOS ................................................................................................................ 33 6.1.1. ENERGÍA ELÉCTRICA ...................................................................................... 33 6.1.2. ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE ........................................................ 33 6.1.3. MAQUINARIAS PARA LA FASE DE CONSTRUCCIÓN ................................... 33 6.1.4. MAQUINARIAS PARA LA FASE DE OPERACIÓN ........................................... 33

6.2. RESIDUOS SÓLIDOS ............................................................................................. 33 6.2.1. RESIDUOS SÓLIDOS GENERADOS EN LA FASE DE

CONSTRUCCIÓN .............................................................................................. 33 6.3. GENERACIÓN DE RESIDUOS LÍQUIDOS ............................................................. 34

ÍNDICE DE CONTENIDOS




6.3.1. GENERACIÓN DE RESIDUOS LÍQUIDOS EN LA FASE DE CONSTRUCCIÓN .............................................................................................. 34

6.3.2. GENERACIÓN DE RESIDUOS LÍQUIDOS EN LA FASE DE OPERACIÓN ..................................................................................................... 34

6.4. GENERACIÓN DE RUIDO ...................................................................................... 34 6.4.1. GENERACIÓN DE RUIDO EN LA ETAPA DE CONSTRUCCIÓN .................... 34 6.4.2. GENERACIÓN DE RUIDO EN LA ETAPA DE OPERACIÓN ........................... 34

6.5. GENERACIÓN DE EMISIONES A LA ATMÓSFERA .............................................. 35 6.5.1. GENERACIÓN DE EMISIONES A LA ATMÓSFERA EN LA FASE DE

CONSTRUCCIÓN .............................................................................................. 35 6.5.2. GENERACIÓN DE EMISIONES A LA ATMÓSFERA EN LA FASE DE

OPERACIÓN ..................................................................................................... 35 7. REFERENCIAS ........................................................................................... 36 INDICE DE TABLAS Tabla 1. Composición del lixiviado generado en rellenos sanitarios de diferentes países 3 Tabla 2. Composición de lixiviado de diferentes rellenos sanitarios en Chile ................... 4 Tabla 3. Parámetros máximos establecidos por la normativa ambiental Chilena para la

descarga de los RIL tratados en suelos para infiltración. .................................... 5 Tabla 4. Nomenclatura de los equipos de la PTL .............................................................. 9 Tabla 5. Valores utilizados en la zona de nitrificación ..................................................... 15 Tabla 6. Parámetros para los microorganismos nitrificantes ........................................... 16 Tabla 7. Parámetro de los microorganismos heterótrofos. .............................................. 16 Tabla 8. Parámetros de las corrientes del sistema y resultados principales. .................. 27 Tabla 11. Monitoreo de los parámetros ambientales a la salida de las corrientes ............ 31 Tabla 12. Cuadro de contingencias y acciones propuestas .............................................. 32 Tabla 13. Tablas del Decreto Supremo 189 ...................................................................... 37 INDICE DE FIGURAS Figura 1. Diagrama de bloques de la Planta de Tratamiento de Lixiviados. ....................... 6 Figura 2. Diagrama de los equipos y corrientes involucradas en los balances ................ 10 Figura 3. Diagrama con medidas del reactor biológico (zonas de desnitrificación y

nitrificación) ........................................................................................................ 29 Figura 4. Diagrama de flujo de la PTL .............................................................................. 30

ANEXO PLANTA DE TRATAMIENTO DE LIXIVIADOS 1



1. ANTECEDENTES GENERALES Los lixiviados se definen como un efluente acuoso generado como consecuencia de la percolación a través de los desechos del agua lluvia, compuestos producidos en las reacciones bioquímicas llevadas a cabo en las celdas y la misma agua contenida en los residuos. Estos líquidos percolados se caracterizan por poseer una alta concentración de materia orgánica, la cual dependiendo de ciertos factores pueden contener una importante fracción de material orgánico de difícil degradación o refractaria, nitrógeno en sus diferentes formas y/o algunas sales como Cloruros y metales pesados. Debido a su composición, los lixiviados contribuyen una elevada fuente de contaminación ambiental desde los rellenos sanitarios, siendo su tratamiento, enfocado a la reducción de contaminantes, esencial en la disposición de este tipo de residuos. Para lograr altos niveles de remoción de los distintos contaminantes presentes en los lixiviados provenientes de los rellenos sanitarios, considerando además los caudales generados y la normativa ambiental existente, se propone la utilización de un sistema compuesto por distintas etapas de tratamiento:

Tratamiento Físico-químico: enfocado a la remoción de material suspendido.

Tratamiento Biológico: enfocado a la remoción de la materia orgánica y el nitrógeno presente.

Tratamiento Avanzado: enfocado a la remoción de sales de cloruro presente.

Tratamiento de Lodos: busca la estabilización final de los lodos, para ser dispuestos

de acuerdo a la normativa vigente.




2. VARIABLES DE DISEÑO Las variables más importantes de considerar en el diseño de una planta de tratamiento de lixiviados corresponden a: el caudal del afluente, la composición del afluente y los requerimientos finales para la disposición del afluente ya tratado, descritos a continuación. 2.1. CAUDAL El caudal o flujo de líquido percolado se determinó a partir del balance hídrico realizado al relleno sanitario. Estos valores permitieron establecer el caudal de diseño para la Planta de Tratamiento de Lixiviado (PTL), estimando en 300 m3/d el máximo caudal generado durante un año lluvioso, flujo correspondiente al del año 13 desde iniciado el funcionamiento del relleno sanitario. 2.2. COMPOSICIÓN La composición del líquido debe definirse de manera cuidadosa, pues corresponde a un factor muy relevante al momento de efectuar el dimensionamiento de una Planta de Tratamiento de Lixiviado. Para esto, se utiliza la amplia experiencia internacional y la incipiente experiencia nacional existente, asociada con la caracterización de los efluentes provenientes de los rellenos sanitarios. Son variados los factores que determinan la composición de un lixiviado: su edad, la precipitación, las variaciones estacionales del clima, el tipo de residuo y su composición, etc. Sin embargo el factor más relevante es la edad del relleno sanitario, siendo asociada directamente a la composición del lixiviado (Baig et al. 1999). En cuanto a la edad del relleno se pueden diferenciar en: jóvenes y maduros. Los lixiviados provenientes de rellenos jóvenes poseen una alta concentración de Ácidos Grasos Volátiles (AGV) producto de la fermentación anaerobia que se lleva a cabo dentro del relleno, llegando a ser cerca del 95% de la materia orgánica presente (Harsem 1983). Una de las características de estos AGV es que corresponden a compuestos de fácil biodegradación, por tanto, considerando que la medida de la Demanda Química de Oxigeno (DQO) mide la materia orgánica total y la Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO) mide sólo materia biodegradable, para los lixiviados generados en rellenos jóvenes la razón DQO/DBO puede encontrarse en alrededor de 0,5. En rellenos más maduros ocurre el proceso metanogénico, última reacción del proceso completo de digestión anaerobia, donde gran parte de los VFA son transformados en biogas (CH4 y CO2). En esta etapa los lixiviados son formados principalmente por material orgánico de más difícil degradación por tanto la relación DQO/DBO baja considerablemente a valores menores que 0,1. La tabla siguiente muestra la composición de los lixiviados generados desde diferentes rellenos sanitarios de diversos países, ordenados de acuerdo a su edad. En esta tabla se observa, salvo algunas excepciones, que el pH del lixiviado se encuentra en el rango 5,8–8,5. Además es importante destacar la alta concentración de nitrógeno amoniacal presente en el relleno. Por último, observar como disminuye la razón DBO/DQO desde valores cercanos a 0,7 hasta 0,04 a




medida que aumenta la edad del relleno, debido sin duda a la liberación compuestos orgánicos recalcitrantes desde los residuos sólidos del relleno sanitario en cuestión.

Tabla 1. Composición del lixiviado generado en rellenos sanitarios de diferentes países

Lugar DQO mg/L

DBO mg/L

DBO/DQO -

pH -

NH3-N mg/L Referencia

Jóvenes Canadá 13800 9660 0,7 5,8 42 (Henry et al. 1987)

Hong Kong 17000 7300 0,43 7,0-8,3 3000 (Lo 1996) Grecia 70900 26800 0,38 6,2 3100 (Tatsi et al. 2003)

Italia 10540 2300 0,22 8,2 5210 (Lopez et al. 2004) Corea del Sur 24400 10800 0,44 7,3 1682 (Im et al. 2001)

Turquía 16200-20000 35500-50000

10800-11000 21000-25000

0,55-0,67 0,5-0,6

7,3-7,8 5,6-7,0

1120-2500 2020

(Timur and Ozturk 1999)

Intermedio China 5800 430 0,07 7,6 - (Wang et al. 2002)

Alemania 3180 1060 0,33 - 884 (Baumgarten and Seyfried 1996)

Grecia 5350 1050 0,20 7,9 940 (Tatsi et al. 2003) Italia 3840 1200 0,31 8 - (Chianese et al.

1999) Taiwán 6500 500 0,08 8,1 5000 (Wu et al. 2004) Turquía 9500 - - 8,15 1270 (Kargi and

Pamukoglu 2003) España 8200 2000 0,25 8,5 3800 (Galí et al. 2008)

Maduros Brasil 3460 150 0,04 8,2 800 (Silva et al. 2004)

Estonia 2170 800 0,37 11,5 - (Orupold et al. 2000) Finlandia 340-920 84 0,09-0,25 7,1-7,6 330-560 (Marttinen et al.

2002) Francia 500 7,1 0,01 7,5 430 (Trebouet et al.

1999) Malasia 1533-2580 48-105 0,03-0,04 7,5-9,4 - (Aziz et al. 2004)

Corea del Sur 1409 62 0,04 8,57 1522 (Cho et al. 2002) La tabla siguiente muestra un resumen de los resultados obtenidos en la caracterización de los lixiviados generados en distintos rellenos sanitarios de Chile. Esta información es pública y fue extraída de la página del Sistema de Evaluación de Impacto ambiental (www.seia.cl). En esta tabla puede observarse variaciones importantes en los valores registrados, sin embargo entrega ciertos rangos en cuanto a las concentraciones de los distintos lixiviados, información útil para establecer los valores de diseño. Considerando que Chiloé pertenece a una zona con una alta tasa de precipitaciones, el valor DQO y DBO establecido para el diseño de la planta de tratamiento será de 10.000 y 5.000 mg/L, respectivamente, lo cual representa una razón de 0,5, siendo un valor típico observado en rellenos sanitarios jóvenes. Estableciendo una concentración de nitrógeno amoniacal y




concentración de cloruros en el lixiviado de 1.000 mg/L para cada uno, valores considerados para el dimensionamiento de la planta de tratamiento.

Tabla 2. Composición de lixiviado de diferentes rellenos sanitarios en Chile

Relleno DQO mg/L

DBO mg/L

DBO/DQO -

SST (mg/L)

pH -

NT mg/L

Cloruros mg/L

Coliformes NMP/100ml

Santiago Poniente - 1292 - 270 8,1 634 4481 49 El Molle 55020 21530 0,39 7,97 3090 7977 4800 Lomas de los Colorados

- 6266 - 1964 7,8 460 4950 1100

Cemarc (Penco) - 10000 - 500 - 400 500 - Lepanto 83477 58000 0,69 5,8 3920 - <2,0 Puerto Varas - 5000-20000 - 55000 6 1400 5183 0 Copiulemu - 10000 - 4000 - - - -

2.3. REQUERIMIENTO FINAL En Chile la legislación ambiental regula las diferentes opciones para la disposición final del efluente tratado: descarga a un cuerpo de agua superficial (D.S. Nº 90/00), infiltración (D.S. Nº 46/02) y vertido al alcantarillado (D.S. Nº 609/98). Igualmente, existe la alternativa de aprovechar un efluente con calidad para riego (NCh. Nº 1.333/78) en dicho uso o simplemente en la humectación de caminos. La decisión de dónde disponer o usar un efluente tratado depende de diversos factores como el terreno disponible, la cercanía a algún cuerpo de agua o de napas, la topografía, características del agua residual y los recursos económicos disponibles. En este caso, se seleccionó la opción de utilizar el efluente en infiltración en aguas subterráneas en terrenos cercanos a la planta, lo cual es absolutamente factible ya que se cuenta con terreno apropiado para realizar esto y además no se han encontrado napas subterráneas cercanas a la superficie. Esta situación tiene diversas ventajas ya que no es necesario llegar a niveles de depuración muy elevados en el proceso, disminuyendo así el costo de la implementación de una Planta de Tratamiento de Lixiviados, además se aprovecha la capacidad del suelo de infiltrar los compuestos contaminantes. En consecuencia, el diseño del sistema será basado en los requerimientos del D.S. Nº 46/02 para infiltración en aguas subterráneas. Considerando las características de los lixiviados generados en el relleno sanitario también se incorporaron las recomendaciones de la Guía del SAG sobre “Condiciones básicas para la aplicación de RILES vitivinícolas en riego” lo que permitirá tener algunos parámetros adicionales a los normados en D.S. Nº 46/02 como son: DBO y Sólidos Suspendidos. El Anexo Tabla 13 muestra las tablas con los límites máximos de emisión para acuíferos con vulnerabilidad media y baja, respectivamente, extraídos desde la CONAMA. La




muestra los parámetros más importantes del efluente de descarga utilizados en el diseño de la Planta de Tratamiento de Lixiviados.

Tabla 3. Parámetros máximos establecidos por la normativa ambiental Chilena para

la descarga de los RIL tratados en suelos para infiltración.

Parámetro Concentración Máxima Unidades

Demandad Biológica de Oxígeno (DBO5) 600 mg/L

Nitrógeno Total (orgánico e inorgánico) 10 mg/L

Sólidos Suspendido Totales (SST) 80 mg/L

Cloruros 250 mg/L




3. SISTEMA PROPUESTO El sistema propuesto tendrá como objetivo ser eficiente para cumplir con los estándares requeridos por las normas respectivas. Además debe ser un sistema sustentable económicamente en cuanto a los costos de inversión, operación y mantenimiento. De acuerdo a los antecedentes presentados anteriormente, los parámetros claves para lograr reducir el efecto contaminante de este lixiviado son: materia orgánica (DBO-DQO), nitrógeno total y amoniacal, además de cloruros. La Figura siguiente muestra el diagrama general del proceso necesario para realizar el tratamiento de los lixiviados generados en el relleno sanitario del Centro de Manejo. El diagrama considera varias etapas de tratamiento físico-químico, además de un proceso biológico, enfocados a la eliminación de los principales contaminantes presentes en el efluente. Los distintos procesos involucrados son descritos con posterioridad.

Tratamiento Físico-Químico

Tratamiento avanzado

Efluente depurado paraInfiltración

Tratamiento físico

Disposición lodo en relleno

Lixiviado rellenoLixiviado relleno

Línea lodos

Línea agua

Tratamiento Biológico Aerobio

Figura 1. Diagrama de bloques de la Planta de Tratamiento de Lixiviados.

3.1. TRATAMIENTO FÍSICO-QUÍMICO: DECANTADOR El tratamiento físico-químico está conformado por un decantador primario, el que contribuirá, principalmente, a la eliminación de sólidos suspendidos y, por lo tanto, la DBO asociada a ese material suspendido, además de la reducción de parte de los coliformes presentes en el lixiviado. El sistema se diseña sin contar con la adición de coagulantes o floculantes, los que




podrían ser agregados si las necesidades del sistema lo requieren. Por lo que se considera que el diseño se realiza para la peor condición de trabajo. 3.2. TRATAMIENTO AEROBIO POR LODOS ACTIVADOS Posterior al sistema físico-químico se implementa un sistema de tratamiento biológico de tipo lodos activados, el cual tendrá como función principal la eliminación del nitrógeno amoniacal conjuntamente con eliminación de materia orgánica. Esto se llevara a cabo a través del proceso de desnitrificación-nitrificación en el reactor tipo lodos activados. El sistema de lodos activados corresponde a la mejor alternativa para los requerimientos del sistema, pues las condiciones climatológicas del lugar no favorecen la implementación de lagunas anaeróbias o facultativas. Además la baja temperatura del lugar de implementación de la planta favorece la solubilidad del oxigeno en agua, lo que incrementa la eficiencia de un sistema aerobio. Un sistema de lodos activados basado en el proceso desnitrificación-nitrificación permitirá la oxidación de nitrógeno amoniacal y su transformación en nitrógeno molecular (inocuo para el medio ambiente), junto a la reducción de la materia orgánica presente. Además, debido al tipo de población microbiana utilizada en el proceso dual de desnitrificación-nitrificación, la cantidad de lodo generada es mucho menor a la observada en un sistema de lodos activados convencional, fenómeno que favorece la disposición final de lodos. La mayor desventaja relativa del sistema dual es que para llevar a cabo el proceso de nitrificación se requiere una cierta cantidad de alcalinidad, por lo que si la alcalinidad propia del lixiviado no es suficiente se deberá suplementar con bicarbonato de sodio o carbonato de calcio, factor que supone un insumo del sistema. Es trascendental tener en cuenta y asimilar que un proceso biológico es una compleja interrelación de poblaciones microbianas adaptadas y trabajando conjuntamente para remover los contaminantes, por tanto en su Diseño, Operación y Mantención se debe considerar los sistemas biológicos como un Ecosistema o Comunidad y no como una Caja Negra que contiene algo desconocido y que debe funcionar de cualquier forma, ya que existen muchos sistemas que han sido sobredimensionados y no toman en cuenta la biología del proceso, por lo que los microorganismos simplemente no hacen su trabajo. 3.3. TRATAMIENTO FÍSICO: FILTRACIÓN Con el fin de remover el remanente de ciertos contaminantes desde los procesos anteriores, junto con bajar considerablemente la concentración de coliformes, se implementa un tratamiento físico utilizado normalmente en la eliminación de contaminantes desde lixiviados, el filtro de arena. Éste corresponde a una muy buena alternativa, pues es económico, práctico y fácil de implementar (Wichern et al., 2008).




El sistema de filtración con arena debe ser limpiado periódicamente, para lo cual se realiza un retro-lavado de los filtros, pues estos se colmatan con el material que en el transcurso del la operación disminuyen la eficiencia de remoción del filtro. La solución resultante del retro-lavado será enviada al concentrador (Espesador por Gravedad), para posteriormente ser deshidratado y, por último, dispuesto como lodo estabilizado. 3.4. TRATAMIENTO AVANZADO. FILTRACION CARBON ACTIVADO Por las características del lixiviado y las exigencias de la normativa ambiental chilena es necesario realizar un tratamiento avanzado de efluente, cuyo objetivo principal es la disminución de la cantidad de cloruros presentes en el efluente. Si bien para realizar esta actividad el equipo más adecuado es el de osmosis inversa, este ha presentado diversos problemas al operar con lixiviados provenientes de los rellenos sanitarios, por lo cual se propone implementar un sistema de filtración con carbón activado. El carbón activado, gracias a su carga positiva, permitirá captar los cloruros y otros aniones (intercambiador iónico), además de compuestos orgánicos no removidos en los tratamientos previos. Información respaldada por estudios anteriores (Gupta and Singh, 2007; Rivas et al., 2007). 3.5. TRATAMIENTO DE LODOS Los lodos generados en el sistema de tratamiento se originan desde los distintos equipos: sedimentador primario, sedimentador secundario, filtro de arena y filtro de carbón activado, registrándose las cantidades de lodo más elevadas en ambos sistemas de sedimentación. Todas las corrientes de lodos son dirigidas hacia un sistema de tratamiento especial, creado para cumplir con la normativa de disposición de lodos. Para esto se crea una secuencia de operaciones con el objetivo de disminuir la humedad de la mezcla. Las operaciones implicadas en el sistema consideran una etapa de espesado y una de deshidratado. El espesado se lleva a cabo a través de un espesador por gravedad, mientras que el deshidratado se efectúa utilizando un filtro de prensa. Las corrientes de descarte desde el espesador de gravedad y del filtro prensa son recirculadas hasta la corriente de entrada al sistema de tratamiento de lixiviados. Se seleccionó el espesador de gravedad por su bajo costo comparativo, facilidad en la operación y gran experiencia de utilización. Mientras que el filtro prensa fue seleccionado principalmente por su alta eficiencia en la concentración de lodos.




4. DISEÑO DE PLANTA DE TRATAMIENTO Para el diseño de la PTL es necesario tener las corrientes involucradas a cada equipo, las cuales se pueden ver en la figura siguiente y son utilizadas para la realización de los balances de masas respectivos. La nomenclatura de los equipos se muestra en la tabla siguiente.

Tabla 4. Nomenclatura de los equipos de la PTL

Nomenclatura

EE Estanque de Ecualización D1 Decantador 1rio ZD Zona de Desnitrificación ZN Zona de Nitrificación S2 Sedimentador Secundario

FA1 Filtro de Arena 1 FA2 Filtro de Arena 2

FCA1 Filtro de Carbón Activado 1 FCA2 Filtro de Carbón Activado 2

C Concentrador Desh Deshidratador

Línea de Lodos Línea de agua

Línea de aire




Figura 2. Diagrama de los equipos y corrientes involucradas en los balances




4.1. TRATAMIENTO FÍSICO-QUÍMICO: SEDIMENTADOR PRIMARIO El sistema de tratamiento propuesto considera como el primer proceso a realizar un tratamiento físico-químico. Éste tratamiento se lleva a cabo a través de la utilización de un sedimentador primario, el cual reducirá en gran parte la cantidad de Sólidos Suspendidos Totales (SST) provenientes en la corriente de entrada. A continuación se muestran las corrientes involucradas en los balances de materia realizados al sedimentador primario del sistema propuesto. En ésta F2 corresponde a la corriente de entrada al sistema, proveniente desde la mezcla del efluente de entrada al sistema de tratamiento (F1) y la corriente recirculada desde el tratamiento de lodos (F20), mientras que F3 y F21 corresponden a la corriente de salida y corriente de purga, respectivamente.

Para la realización de los balances de materia se asume que la biomasa generada en el sedimentador primario, medida como sólidos suspendidos volátiles, es despreciable en relación a la cantidad de los sólidos suspendidos presentes en las corrientes. Además la actividad microbiana del sistema es casi nula, removiéndose materia biodegradable (DBO-DQO) solo por la decantación de los sólidos presentes. La Ecuación 1 muestra el balance realizado al sedimentador primario, en ésta “J” representa la concentración de sólidos suspendidos totales (SST), nitrógeno amoniacal (N), concentración de materia orgánica (S) ó la densidad de la corriente.

3212 JF+JF=JF ⋅⋅⋅ 3212 Ecuación 1 Para realizar los cálculos se estima que la densidad de la corriente de lodos (ρ21) es un 4% mayor a la de las corrientes líquidas. Además que la cantidad purgada (F21) corresponde a un 10% del flujo de entrada al sedimentador (F2). Por último, que en el sistema se alcanza una remoción del 40% en los SST, 20% en la S y 20% en N presente en la corriente de entrada (F2).

F21

Sedimentador Primario F2 F3




4.2. TRATAMIENTO BIOLÓGICO Posterior al sedimentador primario se ubica el sistema de tratamiento biológico, que tiene como objetivo principal la remoción de gran parte de la materia orgánica (DBO-DQO) y los compuestos nitrogenados (NH4, NO2- y NO3-) presentes en la corriente de entrada al sistema. Estos compuestos son consumidos por los microorganismos desnitrificantes, nitrificantes y heterótrofos presentes en el sistema. El tratamiento biológico está conformado por un sistema de desnitrificación-nitrificación, junto a un sedimentador secundario. La Figura siguiente muestra las corrientes involucradas en los balances de materia realizados al tratamiento global primario del sistema propuesto. En ésta F3 corresponde a la corriente de entrada al sistema, proveniente del decantador primario, F9 la corriente de salida del sistema, posterior al decantador secundario, y F7 la purga de lodos desde el sedimentador secundario, considerando la fracción de lodo recirculada.

La Ecuación 2 muestra el balance global realizado al tratamiento biológico, utilizado con posterioridad.

779933 ρρρ ⋅+⋅=⋅ FFF Ecuación 2 4.2.1. LODOS ACTIVADOS: DESNITRIFICACIÓN La zona de desnitrificación (ZD) es la primera etapa del tratamiento biológico, donde se lleva a cabo la reacción que transforma los nitritos (NO2-) y nitratos (NO3-) presentes en el afluente en nitrógeno molecular (N2). Ésta reacción es llevada a cabo por bacterias desnitrificantes, las que requieren, entre otras cosas, condiciones anóxicas y una cierta cantidad de alcalinidad (CaCO3) en el medio de reacción. La Figura siguiente muestra las corrientes involucradas en los balances de materia realizados a la zona de desnitrificación del sistema de lodos activados propuesto. En ésta F3 corresponde a la corriente de entrada al sistema, proveniente del decantador primario, F23 la corriente de salida, F6 la recirculación de los lodos obtenidos en el sedimentador secundario y F24 la

Tratamiento Biológico F3

F7

F9




corriente de recirculación desde la zona de nitrificación perteneciente al sistema de lodos activados. Cabe mencionar que la corriente F23 solo es utilizada con fines de cálculo, pues en la práctica la zona de desnitrificación y nitrificación estarán en una sola piscina, siendo separados solo por el sector de aireación.

La Ecuación 3 muestra el balance global realizado a la zona de desnitrificación. Se considera recircular un 30% del caudal de lodos generado en el sedimentador secundario (F6), además recircular 2 veces el caudal de entrada al sistema, desde la zona de nitrificación (F24).

242466332323 ρρρρ ⋅+⋅+⋅=⋅ FFFF Ecuación 3 Los parámetros cinéticos para las bacterias nitrificantes se muestran en la Ecuación 4 y 5, donde se representa el efecto de la temperatura y la concentración de nitrógeno en la velocidad específica de crecimiento (µD). La temperatura del agua de trabajo se estima en 10°C.

)20(max, 026,13,0 −⋅= T

Dμ Ecuación 4

23,

23max, 8,0

8,0Nk

N

DsDD ⋅+

⋅⋅= μμ Ecuación 5

La Ecuación 6 muestra la determinación del volumen de la zona de desnitrificación necesario. Se considera que un 80% del nitrógeno total medido en las corrientes involucradas, corresponde a nitrógeno en forma de nitrito o nitrato.

( )23

662424338,0SST

NFNFNFV

DD ⋅

⋅+⋅+⋅⋅=

μ Ecuación 6

Una vez determinados los parámetros cinéticos de la población bacteriana desnitrificante y el volumen necesario de reacción, utilizando la Ecuación 7, se estima el consumo de nitratos y nitritos en el sistema. Para esto se considera un rendimiento de las bacterias desnitrificantes

F6

Zona Desnitrificación F3 F23

F24




(yD) de 0,8 gSSV/gNOx, además que la mitad de los sólidos suspendidos totales corresponde a biomasa microbiana y de ésta cantidad solo el 50% corresponde a biomasa desnitrificante.

D

DDX y

VSSTNOconsumo

⋅⋅⋅

=4

23μ Ecuación 7

El consumo de compuestos NOx por las bacterias nitrificantes lleva asociado el consumo de una cierta cantidad de materia orgánica. Se considera un consumo de 4,3 partes de materia orgánica por cada parte de nitrato removido, valor derivado de la relación estequiométrica. Este hecho se explicita en la Ecuación 8, donde se muestra el balance al consumo de materia orgánica.

XNOconsumoSFSFSFSF ⋅+⋅=⋅+⋅+⋅ 3,4232366242433 Ecuación 8 La Ecuación 9 describe el balance de materia a la cantidad de sólidos suspendidos totales en la zona de desnitrificación. En ésta se considera que el 80% del nitrógeno total corresponde a compuestos NOx y que en la zona anóxica solo se genera biomasa desnitrificante en relación al rendimiento antes mencionado (yD).

)(8,02 662424332323

66242433

NFNFNFySSTFSSTFSSTFSSTF

D ⋅+⋅+⋅⋅⋅⋅+⋅=⋅+⋅+⋅

Ecuación 9

4.2.2. LODOS ACTIVADOS: NITRIFICACIÓN La zona de nitrificación (ZN), para efectos de cálculo, fue tratada como un estanque separado de la zona de desnitrificación, pero en el diseño final la zona de desnitrificación y nitrificación será parte del mismo estanque por lo que la corriente F23 solo es utilizada para facilitar los balances de masas. La corriente F24 es de recirculación la cual es una variable que se puede manipular de acuerdo a las variaciones en las condiciones de entrada, la recirculación de esta corriente es de 1 a 4 veces el caudal de entrada a sistema biológico, para el presente balance el valor de F24 es de 2 veces el caudal de entrada al sistema y llevado a la zona de desnitrificación, F22 es la corriente que suministra el oxigeno necesario para el crecimiento de los microorganismo de esta zona y F4 es la corriente que sale al sedimentador secundario.




Las siguientes ecuaciones son generales para el sistema y el consumo de sustrato, ya sea por los microorganismos heterótrofos ( Ecuación 10) o por los microorganismos nitrificantes ( Ecuación 11) para los microorganismos nitrificantes.

xS

HSSV,H

yXoVaerobiote

SF+SF=SF⋅⋅

+⋅⋅⋅μ

2424442323 Ecuación 10

xNOx

NSSV,N

yXoVaerobiote

NF+NF=NF⋅⋅

+⋅⋅⋅μ

2424442323

Ecuación 11

Para la realización del balance de masa se estimó que en la zona de nitrificación el licor de mezcla tiene una concentración de 1.500 gSSV/m3 (SENCE, 2010), en esta zona se asume mezcla completa por la agitación que produce la aireación. Las consideraciones utilizadas en la realización de los balances de materia se muestran en la tabla siguiente.

Tabla 5. Valores utilizados en la zona de nitrificación

Parámetro Valor Referencia Xssv: SSV en el licor de mezcla. 1.500 mg/L SENCE, 2010 α,F24: Recirculación de F24 en relación a F23 2,00 Chamy, 2004 α,F6: Recirculación de F6 en relación a F6 0,30 Metcalf & Eddy, 1995 FS 3,00 SENCE, 2010 f (DBO5/DBOu) 0,55 Metcalf & Eddy, 1995 DBO/DQO 0,5 Chamy, 2004 SSV/SST 0,5 SENCE, 2010 Temperatura de trabajo 10ºC

Las principales constates para determinar las variables de los microorganismos se muestran en la tabla 6, para microorganismo nitrificantes (subíndice “N”) y la tabla 7 para microorganismo heterótrofos (subíndice “H”).

F23

F22

F4 Zona Nitrificación

F24




Tabla 6. Parámetros para los microorganismos nitrificantes

Parámetro Nitrificantes Referencia

kd (20): Constante de muerte o consumo endógeno los 20 ºC.

0,08 d-1 SENCE, 2010

θ (kd): Coeficiente de Temperatura del kd 1,04 SENCE, 2010 ks: Constante de saturación. 0,74 mgN-NH4/L SENCE, 2010 θ (ks): Coeficiente de Temperatura del ks 1,05 SENCE, 2010 μm (20ºC): Velocidad específica de crecimiento a los 20ºC. 1,00 d-1 SENCE, 2010 θ (μm): Coeficiente de Temperatura del μm 1,07 SENCE, 2010 yx/NOx: Rendimiento de biomasa sobre NOx 0,12 mgSSV/mgNOx SENCE, 2010 yO2/N-NH4: Rendimiento de oxigeno sobre N-NH4 4,60 mgO2/mgN-NH4 SENCE, 2010 kO2: 0,50 mgO2/L SENCE, 2010

Tabla 7. Parámetro de los microorganismos heterótrofos.

Parámetro Heterótrofas Referencia kd (20): Constante de muerte o consumo endógeno los 20 ºC. 0,05 d-1 Metcalf & Eddy, 1995 θ (kd): Coeficiente de Temperatura del kd 1,20 SENCE, 2010 ks: Constante de saturación. 210 mgDBO/L Vasiliev, 1982 μm (20ºC): Velocidad específica de crecimiento a los 20ºC. 0,78 d-1 Metcalf & Eddy, 1995 θ (μm): Coeficiente de Temperatura del μm 1,05 Eckenfelder, 1989 y.x/s: Rendimiento biomasa sustrato 0,21gSSV/gDQO Akca, 1993

En la zona de nitrificación conviven microorganismos nitrificantes y heterótrofos, debido a que el sistema debe ser eficiente en la remoción de nitrógeno como de sustrato es que las bacterias más lentas gobierna la el proceso y se hace necesario que el sistema se diseñe para que ellas alcancen la remoción esperada, las siguientes ecuaciones son utilizadas para determinar el Tiempo de Retención Hidráulico de diseño aerobio (TRCdiseño aerobio, d) de la zona de nitrificación.

NdNoNS

NmN kDOk

DONk

N,

,,, −⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

+⋅⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

+⋅= μμ Ecuación 12

FSNkN

aerobiodiseñoTRCd

⋅−

=,,

1,μ

Ecuación 13

Donde: μ: Velocidad específica de crecimiento microorganismos (d-1). μm: Velocidad específica de crecimiento máxima (d-1). kd: Constante de muerte de los microorganismo nitrificantes (d-1).




Para determinar el consumo de los microorganismos heterótrofos de la zona de nitrificación, y por ende el sustrato la corriente 4 (S4) se utilizaron las Ecuación 14 y Ecuación 15.

HdH kaerobiodiseñoTRC ,,

1+=μ

Ecuación 14

Hm

H

Hm

H

DQODBO

ks

S

,

,

4

1μμ

μμ

−

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛⋅⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

=

Ecuación 15

Para determinación la biomasa total (Px/N-H, gSSV/d) se tiene que determinar la biomasa nitrificante y heterótrofa que crecen en la zona de nitrificación durante el TRC determinado anteriormente.

aerobiodiseñoTRCNk

NOyFnitriPx

d

xnitri

,,1/ 23

⋅+

⋅⋅=

Ecuación 16

( )aerobiodiseñoTRCHk

SFSFSFyhetPx

d

sx

,,1/ 2424442323/

⋅+⋅−⋅−⋅⋅

=

Ecuación 17

hetPxnitriPxHNPx /// +=− Ecuación 18 Donde: Px/Nitri es la producción de lodos nitrificantes (gSSV/d). Px/het es la producción de lodos heterótrofos (gSSV/d). Con la Ecuación 19 se determina el volumen teórico del sistema nitrificante (Vaerobio.teo, m3) el cual debe ser multiplicado por un factor de seguridad (FS) para obtener el volumen de de diseño.

SSV

aerobiodiseñoteoaerobio X

TRCHNPx=V

⋅−/. Ecuación 19

En la zona de nitrificación se degradada nitrógeno y materia orgánica siendo el insumo principal de este proceso, el oxigeno, los requerimientos de aireación para obtener N4 y S4 serán determinados de acuerdo a la suma del requerimiento de las dos poblaciones.




NFNNN=

1000, 2323/2 NFYNNa NO ⋅⋅=

Ecuación 20

1000

/42,1442323

,hetPx

fDQODBOSF

DQODBOSF

HNa⋅−

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅⋅−⋅⋅

=

Ecuación 21

NNaHNatotalNa ,,, += Ecuación 22 Donde: Na: Corresponde al requerimiento de oxígeno en kgO2/d La cantidad real de oxigeno requerido debe convertirse a un valor estándar, donde todos los factores que influyen estén considerados. Para esto se utiliza la Ecuación 23

αβ

⋅⋅⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −= −20

22 024,1 T

S

lST

CCC

NEOTEO Ecuación 23

Donde:

TEO 2 : Eficiencia de transferencia de O2 en condiciones reales de terreno NEO 2 : Eficiencia de transferencia de O2 a 20°C

β : Razón entre concentración de saturación de O2 para agua residual y limpia, normalmente 0,95 para este caso se utilizará 0,9 para el lixiviado.

STC : Concentración de saturación de O2 a las condiciones reales, 9,3 mg/L lC : Concentración de O2 deseada en el agua, 1 mg/L. SC : Concentración de saturación de O2 a condiciones normales, 9,08 mg/L

T : Temperatura del agua residual, 15°C α : Razón entre los coeficientes volumétricos de transferencia de O2 para agua residual y limpia, normalmente 0,85. Para nuestro caso 0,75.

Reemplazando los valores en la ecuación llegamos a la siguiente expresión

0,54⋅NEO=TEO 22 Ecuación 24

De acuerdo a la profundidad del reactor y que el disco a utilizar debe ser un difusor de burbuja fina de malla la EO2N es de un 30%. El caudal de aire viene dado por la Ecuación 25, el aire que ingresa a la zona de nitrificación ingresará por la corriente F22.




TEOairem

kgairekgairekgO

requeridodiarioOQaire

232

2

205,1232,0 ⋅⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⋅⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

Ecuación 25

Para determinar la cantidad de difusores se determinó que el caudal de cada difusor (Qdifusor) es de 2,5 m3/h con la Ecuación 26 se obtiene el número de difusores, el cual se aproxima al entero superior.

24º

⋅=

difusor

aire

QQ

DifusoresN Ecuación 26

Para el funcionamiento del sistema es necesario determinar la potencia del soplador (Pot, HP) que se utilizará en la zona de nitrificación.

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

⋅−=Δ 1

2

22

OH

eqOHOH h

hPPP

Ecuación 27

PP=

33000144 PQ

Pot aire Δ⋅⋅= Ecuación 28

Donde: ΔP: Diferencia de presión entre la entrada y la descarga del soplador de aire PH2O: Presión ejercida por una columna de agua de una determinada altura heq: Altura equivalente de agua a la descarga del soplador hH2O: Altura de columna de agua

4.2.3. LODO ACTIVADO: SEDIMENTADOR SECUNDARIO En el sedimentador secundario (SS), debido al bajo tiempo de retención hidráulico (TRH), se asume que no existe consumo ni generación por parte de la biomasa en ningún parámetro. La corriente F4 es la de entrada que proviene del sistema biológico, la corriente F5 es la corriente que sale concentrada del SS y F9 continúa su recorrido hacia el tratamiento avanzado.




La Ecuación 29 es la general para este equipo, donde J puede ser densidad (ρ), sólidos suspendidos totales (SST), nitrógeno amoniacal (N), concentración de materia orgánica (S) ó concentración de cloruros (Cl), para este equipo se estimó una eficiencia de remoción del 90%. JFJFJF=⋅ 559944 JFJFJF ⋅+⋅=⋅

Ecuación 29

4.3. TRATAMIENTO AVANZADO 4.3.1. FILTRO ARENA Como tercera etapa del tratamiento del lixiviado se implementará un proceso de filtración rápida con un filtro de arena con retro-lavado automático.

Las ecuaciones reportadas para determinar la perdida de carga están establecidas para filtro con agua limpia, por lo que no tienen mucha utilidad. Lo importante para un diseño es estimar el tiempo necesario que tardará el filtro en acumular una cantidad de sólidos tal que su pérdida de carga alcance el valor máximo establecido. Calculado este tiempo se puede sincronizar la operación de cada uno de los filtros y el tiempo requerido para el lavado y mantención. Para determinar este tiempo, son estrictamente necesarias pruebas piloto con el afluente real para determinar los perfiles de concentración a la diferente profundidad del filtro.

Filtro de Arena F9

F12

F10

Sedimentador Secundario F4

F5

F9




Para efectos de cálculo es estimó un filtro una remoción (r.FA) de los filtros del 80%, aunque se han reportado mayores remociones, las ecuaciones utilizadas para la determinación de la recirculación al sistema son la son las siguientes, de las cuales se desprende el valor de SST10.

1212101099 SSTFSSTFSSTF ⋅+⋅=⋅ Ecuación 30

12

9912

.F

FArSSTFSST

⋅⋅=

Ecuación 31

12

10109912 ρ

ρρ ⋅−⋅=

FFF

Ecuación 32

Para determinar las características de los equipo es necesario pruebas piloto con lixiviado, para efectos de cálculo se diseño como un solo equipo pero es necesario utilizar dos filtros de arena en paralelo de tal manera de que la remoción de SST funcione ininterrumpidamente. Se recomienda que lo filtros empleados sean de forma cilíndrica vertical y estar construidos en planchas de acero A-36. La superficie interior sea tratada con arenado a metal blanco, según Norma SSPC-SP5, aplicación de una mano de anticorrosivo epóxico calidad AS-334-14 con un espesor de 1,2 a 1,5 mils (milésimas de pulgada, unidad comúnmente utilizada para recubrimientos de pintura), aplicación de dos manos de resina epóxica Iponplastic AS-234 que genera una capa de protección de un espesor seco de 1 mm de alta resistencia química a la abrasión. Exteriormente arenado a metal blanco, según Norma SSPC-SP5, recubierta con una mano de pintura anticorrosiva epóxica calidad AS-334-14 de 1,2 a 1,5 mils de espesor y aplicación de esmalte epóxico AS-X332-586 de color azul ácido, obteniéndose un espesor mínimo final de 200 micras. Sus fondos son bombeados en frío con pestaña tipo mannesmann, en el fondo superior lleva una tapa hombre de inspección y mantención, en el fondo inferior lleva 4 patas con sus respectivos refuerzos y base. En su frente va montado un conjunto de válvulas dispuestas adecuadamente, mediante cañerías de fierro que permitirán efectuar las operaciones de servicio y retrolavado, además debe contar con dos manómetros de control para el servicio y mantención. 4.3.2. FILTRO CARBÓN ACTIVADO El balance del sistema de carbón activado solo considera que se remueven cloruros, los demás parámetros no se ven afectados producto del paso por el equipo, debido al bajo TRH. En la salida Cl11 no puede ser mayor a 250 mg/L




Para efectos de cálculo se estimó una remoción (r.FCA) de cloruros del 80%, aunque para determinar la eficiencia del equipo es necesario estimaciones más acabadas que se determinarán en la ingeniería en detalle. La Ecuación 33 es la general para el equipo donde la concentración de cloruros es el único parámetro modificado.

11111010 )1( ClFrFCAClF ⋅=−⋅⋅ Ecuación 33 Lo importante para un diseño es estimar el tiempo necesario que tardará el filtro en colmatar su matriz y calcular el tiempo de retrolavado para poder sincronizar la operación de cada uno de los filtros y el tiempo requerido para el lavado y mantención. Para determinar este tiempo, son estrictamente necesarias pruebas piloto con el afluente real. Para determinar las características de los equipo es necesario pruebas piloto con lixiviado, para efectos de cálculo se diseño como un solo equipo pero es necesario utilizar dos filtros de arena en paralelo de tal manera de que la remoción de cloruros funcione ininterrumpidamente Pero se recomienda que lo filtro empleados sean de forma cilíndrica vertical y estar construidos en planchas de acero A-36. La superficie interior sea tratada con arenado a metal blanco, según Norma SSPC-SP5, aplicación de una mano de anticorrosivo epóxico calidad AS-334-14 con un espesor de 1,2 a 1,5 mils (milésimas de pulgada, unidad comúnmente utilizada para recubrimientos de pintura), aplicación de dos manos de resina epóxica Iponplastic AS-234 que genera una capa de protección de un espesor seco de 1 mm de alta resistencia química a la abrasión. Exteriormente arenado a metal blanco, según Norma SSPC-SP5, recubierta con una mano de pintura anticorrosiva epóxica calidad AS-334-14 de 1,2 a 1,5 mils de espesor y aplicación de esmalte epóxico AS-X332-586 de color azul ácido, obteniéndose un espesor mínimo final de 200 micras. Sus fondos son bombeados en frío con pestaña tipo mannesmann, en el fondo superior lleva una tapa hombre de inspección y mantención, en el fondo inferior lleva 4 patas con sus respectivos refuerzos y base. En su frente va montado un conjunto de válvulas dispuestas adecuadamente, mediante cañerías de fierro que permitirán efectuar las operaciones de servicio y retrolavado, además debe contar con dos manómetros de control para el servicio y mantención.

Filtro de Carbón Activado F10

F13

F11




4.4. LÍNEA DE LODOS 4.4.1. CONCENTRADOR-ESPESADOR POR GRAVEDAD El primer equipo de la línea de lodos es el concentrador, el equipo seleccionado es un espesador por gravedad, alcanzando a la salida del equipo una concentración de lodos entre 2 y 3 %. Como se muestra en la figura, a este equipo ingresan lodos primarios (F21) y lodos secundarios (F8), siendo concentrados y dirigidos al equipo siguiente en la línea de lodos que corresponde al deshidratador.

En este equipo los SST son concentrados y se asume que no hay actividad biológica por parte de los microorganismos, por lo que los cambios son solo producidos por la actividad física del equipo. La siguiente ecuación muestra el balance general al espesador.

15151919882121 SSTFSSTFSSTFSSTF ⋅+⋅=⋅+⋅ Ecuación 34 4.4.2. DESHIDRATADOR-FILTRO DE PRENSA El equipo seleccionado es un filtro de prensa, que puede concentrar desde una 25% a un 70%. Este equipo recibe la corriente F15 previamente concentrada para que el equipo funcione de manera correcta. El filtro prensa funciona de manera discontinua por lo que es necesario hacer una planificación adecuada entre la etapa anterior y esta etapa. La corriente deshidratada saldrá por F16 y corresponde a una corriente sólida que estará en condiciones de ingresar a la última etapa de la línea de lodos, mientras que la corriente F18 retornará al inicio del sistema de tratamiento junto con la corriente de salida del concentrador.

Concentrador F19

F15

F21 F8




En este equipo al igual que el anterior, se asume inactividad de los microorganismos, por lo que el cambio en los parámetros es solo a la actividad física del equipo mismo. En la siguiente ecuación esta el balance general.

1616881515 SSTFSSTFSSTF ⋅+⋅=⋅ Ecuación 35

4.4.3. ESTABILIZACIÓN POR CAL La estabilización final se realiza mediante la adición de cal, para ello se agrega en proporción de 0,4 kgCal/kgLodo. Esta es la última etapa de la línea de lodos por lo que ahora se encuentra en condiciones para ser dispuesto finalmente. 4.4.4. DETERMINACIÓN DE LA ALCALINIDAD NECESARIA La alcalinidad corresponde a un factor importante de considerar en el diseño de éste tipo de reactores, pues corresponde a la capacidad de tamponamiento del sistema de reacción. Una variación en demasía del pH del medio puede conllevar ineficiencia en la remoción del sistema por la posible inhibición del crecimiento microbiano. La cantidad de alcalinidad necesaria para llevar a cabo la reacción de desnitrificación está en íntima relación con la cantidad de nitrógeno en forma de nitrato y nitrito consumido, asociado a los distintos parámetros operacionales. El cálculo de la alcalinidad necesaria de adicionar, medida como carbonato de calcio (CaCO3), contempla que el lixiviado proveniente del relleno sanitario (F1) contiene una alcalinidad aproximada de 500mgCaCO3/L, por lo que la cantidad a la entrada se puede determinar con la siguiente ecuación.

1000500 3

EntradaF

=Alc⋅

Ecuación 36

Deshidratador F18

F16

F15




La Ecuación 37 permite determinar la alcalinidad recirculada desde el reactor de nitrificación hacia el reactor desnitrificante. Para establecer ésta cantidad se considera que el 50% de la alcalinidad consumida en la etapa de desnitrificación se genera en la etapa de nitrificación, lo que asociado al volumen de la zona de nitrificación, corresponde a una concentración de 736 mgCaCO3/L.

1000736 24

aRecirculadF=Alc ⋅

Ecuación 37

Con la Ecuación 38 se determina la alcalinidad consumida por el proceso de desnitrificación, respecto, entre otras cosas, de la cantidad de compuestos nitrogenados adicionados. Éste valor se determina utilizando una relación estequiométrica, donde las bacterias desnitrificantes consumen en promedio 7,1 gCaCO3/gN-NH4, aproximadamente (Chamy, 2004).

2323Consumida 1,7 NF=Alc ⋅⋅ Ecuación 38

Finalmente, utilizando los valores anteriormente obtenidos, se realiza un balance a la alcalinidad total del sistema de desnitrificación, como lo muestra la Ecuación 39, la que permite determinar la cantidad necesaria de alcalinidad a adicionar.

aRecirculadEntradaConsumidaAgregada AlcAlcAlc=Alc −− Ecuación 39

Los cálculos anteriores son útiles para orientarse en la cantidad necesaria de alcalinidad que necesita el sistema para operar en el rango recomendado. Para el control de la alcalinidad se utilizará un control de pH que adicione una base a en la corriente de recirculación. Este sistema permitirá que el proceso tenga la alcalinidad necesaria y opere en el rango de pH óptimo que es entre 7,5 y 8,5. 4.4.5. DISEÑO DE TANQUE DE ALMACENAJE DE LA SOLUCIÓN ALCALINA. La cantidad diaria de solución alcalina (MNaHCO3) a adicionar al sistema será agregada de manera soluble por lo que se necesita un estanque de mezcla, con una capacidad de mantener dos días como mínimo de la solución. Si la compra se realiza semanalmente, el lugar de almacenaje debe tener una capacidad para 7 días. El estanque de base contendrá una solución de NaHCO3 que suplementará al reactor la alcalinidad necesaria para mantener el pH en los niveles requeridos y así llevar a cabo la nitrificación. Debido a que la solubilidad del NaHCO3 (87 g/L) es mayor que la del CaCO3 es que se recomienda utilizarlo, ya que permitirá tener un volumen de estanque de almacenamiento de un tamaño moderado. El volumen del estanque de base (Veb), será calculado en relación a la solubilidad y a los requerimientos de alcalinidad, aunque será regulado por el controlador adecuado, los cálculos permitirán que dure a lo menos una semana.




Considerando la cantidad necesaria de solución alcalina a agregar para mantener el sistema en correcto funcionamiento durante dos días, además de su solubilidad en agua, se contempla la utilización de un estanque de 10,5 m3. Éste estanque puede ser optimizado utilizando un sistema de control automático, junto a un estanque de mezcla rápida, aumentando en parte los costos de inversión, pero mejorando considerablemente el control de toda la operación y la eficiencia del sistema. 4.4.6. CONTROL Y MONITOREO

El proceso será controlado principalmente por sensores, para conocer el estado del proceso lo cual tendrá incidencia principalmente sobre el funcionamiento de bombas, válvulas y de actuadores en general. Los instrumentos a utilizar para el correcto funcionamiento serán los siguientes:

Sensor de nivel: Enviara señales a las que adaptaran el funcionamiento de las bombas y válvulas involucrada en mantener el estado estacionaria de los equipos.

Interruptor (Switch) de seguridad por rebalse: Este sensor actúa ante un posible desperfecto de un sensor de nivel, bomba o válvula, evitando el reblase del reactor. Un interruptor flotante es lo más conveniente de implementar

Sensor de Oxigeno: para segurar que los aireadores entreguen un flujo de aire que mantenga la concentración de oxigeno dentro del reactor, como también para que no entregan aire más de lo necesario.

Sonda de pH: Mantener el pH en rango adecuados 7,5 a 8,5 en la zona de nitrificación lo que permitirá que los microorganismo hagan su función. La señal enviada por el sensor accionara la bomba de base al sistema y mantendrá el sistema en el rango de pH optimo.

Sensor Oxido-Reducción (POR): Esta medida indica el estado tanto de la nitrificación como de la desnitrificación.

Las señales de estos sensores (4-20 mA) serán recibidas por un sistema de adquisición de datos para luego ser procesadas y realizar las acciones correspondientes. Se recomienda la utilización de un Programador Lógico Controlable (PLC), el cual puede adquirir los datos y ser programado, para finalmente por medio de relés actuar sobre las bombas y válvulas. Además se recomienda la utilización de algún programa de monitorización grafica del estado del sistema amigable con el operador donde se puedan observar en línea todas las variables y las alarmas respectivas 4.5. RESULTADOS 4.5.1. RESULTADOS DEL BALANCE DE MATERIA Los parámetros de las corrientes del sistema completo se muestran en la siguiente tabla.




Tabla 8. Parámetros de las corrientes del sistema y resultados principales.

Parám Valor Unidad Parám Valor Unidad Parám Valor Unidad F1 300 m3/d F9 296,9171 m3/d F19 27,725571 m3/d S1 10000 mgDQO/L S9 466,363357 mgDQO/L S19 7145,3451 mgDQO/L

SST1 2000 mg/L SST9 393,629827 mg/L SST19 0 mg/L N1 1000 mgN/L N9 15 mgN/L N19 701,3654 mgN/L N1 300 mgNO3/L N9 12 mgNO3/L Alc. 300 mgCaCO3/L F2 333,64 m3/d F10 292,188566 m3/d F20 37,084192 m3/d S2 9772 mgDQO/L S10 466,363357 mgDQO/L S20 7145,3451 mgDQO/L

SST2 1798,34552 mg/L SST10 80 mg/L SST20 0 mg/L N2 901,985733 mgN/L N10 15 mgN/L N20 701,3654 mgN/L F3 296,9396 m3/d F11 292,188566 m3/d F16 0,311954 m3/d S3 7817,6 mgDQO/L S11 466,363357 mgDQO/L S16 7145,3451 mgDQO/L

SST3 808,245178 mg/L SST11 80 mg/L SST16 1454365 mg/L N3 810,773693 mgN/L N11 15 mgN/L N16 701,3654 mgN/L N3 243,232108 mgNO3/L N11 7,5 mgNO3/L F4 389,584755 m3/d F12 4,54666692 m3/d F21 33,364 m3/d S4 466,363357 mgDQO/L S12 466,363357 mgDQO/L S21 7817,6 mgDQO/L

SST4 3000 mg/L SST12 20564,59 mg/L SST21 10790,073 mg/L N4 15 mgN/L N12 15 mgN/L N21 810,77369 mgN/L N4 12 mgNO3/L F5 89,1035146 m3/d F13 0,75 m3/d F22 65375,01 m3/d S5 466,363357 mgDQO/L S13 0 mgDQO/L Nro dif 1090,5835

SST5 9000 mg/L SST13 0 mg/L Pot 29,844041 hp N5 15 mgN/L N13 0 mgN/L F6 89,08188 m3/d F14 5,29666692 m3/d F23 983,46396 m3/d S6 466,363357 mgDQO/L S14 466,363357 mgDQO/L S23 2578,5667 mgDQO/L

SST6 9000 mg/L SST14 17652,6753 mg/L SST23 2544,1712 mg/L N6 15 mgN/L N14 15 mgN/L N23 230,52927 mgN/L N6 12 mgNO3/L N23 115,26464 mgNO3/L F7 0,02163462 m3/d F15 9,67057538 m3/d F24 593,8792 m3/d S7 466,363357 mgDQO/L S15 7145,34511 mgDQO/L S24 466,36336 mgDQO/L

SST7 9000 mg/L SST15 46915,0009 mg/L SST24 3000 mg/L N7 15 mgN/L N15 701,365403 mgN/L N24 15 mgN/L F8 5,31830154 m3/d F18 9,35862134 m3/d N24 12 mgNO3/L S8 1200 mgDQO/L S18 7145,34511 mgDQO/L F17 503,18292 kg/d

SST8 17617,4766 mg/L SST18 0 mg/L N8 15 mgN/L N18 701,365403 mgN-NH4/L




4.5.2. RESULTADOS DE DISEÑO El diseño de los equipo será según las dimensiones entregadas en las Tablas 9 y Tabla 10 para los equipos complementarios de la PTL y para el reactor biológico con eliminación de nitrógeno respectivamente.

La Tabla 10 entrega las dimensiones del reactor biológico y de las zonas desnitrificantes y nitrificantes, el diseño del equipo será como se muestra en la Figura 3. Se puede observar que las zonas son contiguas y que la diferencia principal de diseño es la aireación.




Figura 3. Diagrama con medidas del reactor biológico (zonas de desnitrificación y

nitrificación) 4.5.3. DIAGRAMA DE FLUJO DEL SISTEMA En la figura siguiente se muestra el diagrama de flujo de la PTL con las bombas requeridas en cada línea para impulsar los flujos. La alimentación entre el sedimentador primario, reactor biológico y sedimentador secundario se realizará por canaletas con inclinación, de esta manera el flujo se circulará en estos equipos por rebalse y se ahorrará energía en bombas. Los filtros de arena y de filtros de carbón activado, tendrán sus propias bombas independientes para el retrolavado.




Figura 4. Diagrama de flujo de la PTL




4.6. PLANIFICACIÓN DEL MONITOREO AMBIENTAL DE LA PTL La Tabla siguiente presenta el programa de muestreo que se realizará en cada uno de los procesos de la PTL. Todas las mediciones referidas a cada operación son referidas a la salida, es decir al efluente de cada operación de tratamiento.

Tabla 11. Monitoreo de los parámetros ambientales a la salida de las corrientes

Parámetro F1 F4 F10 F11 F16

DQO S S M M --- DBO M M M M --- SST M M S S Se NTK S S S S --- N-NH4 S S S S --- Fósforo M M M M --- pH D S M S --- Alcalinidad D S --- --- --- Coliformes M M M M --- Cloruros S M M D --- Metales M M M M Se

D, Diariamente; S, Semanalmente; M, Mensualmente; Se, Semestralmente.




5. PLAN DE CONTINGENCIAS El presente Plan tiene por objeto establecer las acciones a seguir, en caso de presentarse situaciones anómalas asociadas a accidentes o fallas, que produzcan efectos o impactos en el normal funcionamiento de la PTL. 5.1. ASPECTOS GENERALES Los eventos que pueden causar contingencia en la operación de la PTL, son diversas, dado que éstas dependen del elemento causante, el medio donde se desarrollan, las condiciones meteorológicas, las características geológicas, etc. Considerando estos aspectos, se han definido las siguientes contingencias: 1.- Fallas imprevista de los equipos 2.- Temporal de lluvia 3.- Terremoto A continuación, en la tabla 12, se presenta de un modo genérico y en base a cuadros, las contingencias y su acción propuesta. La responsabilidad de la ejecución y aplicación de la empresa que realizará y operará la PTL.

Tabla 12. Cuadro de contingencias y acciones propuestas RIESGOS Y CONTINGENCIAS ACCIÓN Fallas imprevista de los equipos La planta contar con un sistema de control y monitoreo del correcto funcionamiento de la planta,

por lo tanto un sistema de alarmas dará aviso de cualquier anomalía del proceso. Se contará con equipos auxiliares para el reemplazo de cualquiera que sufra un desperfecto inesperado. Se registrara el hecho tomándose todas las medias preventivas y correctivas para minimizar el efecto de una nueva falla como esta.

Temporal de lluvia

Se llevara una revisión diaria de la información meteorológica de la zona, con un rango de predicción de al menos 3 días. Esta será actualizada 2 veces al día (por la mañana y tarde) El ecualizador que construya la empresa debe tener las característica apropiadas para regular el lixiviado y las aguas lluvias en la peor condición, de manera de que al ingreso de la PTL exista un caudal lo más constate posible. El dimensionamiento de los equipos en especial el de las lagunas fue realizado con especial atención ante eventualidades como esta. Terminado el evento el caudal acumulado será ingresado a la PTL de manera progresiva.

Terremoto Se cancelarán inmediatamente las faenas Se evacuará al personal del sector Se informará del hecho a Carabineros y a las autoridades competentes




6. DESCRIPCIÓN DE OBRAS DEL PROYECTO La planta se comenzará a construir una vez obtenida las autorizaciones respectivas y se espera que el periodo de construcción dure alrededor de 1,5 años, mientra se construye el caudal será acumulado en el ecualizador Una vez que la planta este completa se espera entrar en régimen continuo de operación con la PTL en 4 meses. La construcción de la planta no requerirá instalación de faenas, pero se considera instalar un baño químico para el personal contratista y el suministro del agua potable necesaria. La zona donde se emplazará la planta será perfilada de acuerdo a los requerimientos de la planta por lo que se harán excavaciones (para el caso de las lagunas), como también se rellenarán ciertas partes con el fin de homogenizar el terreno, ya que el sector es irregular. 6.1. INSUMOS 6.1.1. ENERGÍA ELÉCTRICA La planta requiere conectarse a un tablero trifásico suministrado en el sector donde se ubicará la planta. Se requiere un arranque eléctrico de 380 Volt en el lugar elegido con un interruptor y con conexión a tierra. 6.1.2. ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE Para satisfacer las necesidades del personal que trabaje en la planta, se instalará un baño, el cual considera servicios higiénicos y suministro de agua potable. 6.1.3. MAQUINARIAS PARA LA FASE DE CONSTRUCCIÓN En la fase de construcción de la planta de tratamiento se utilizará motoniveladora, rodillo y retroexcavadora. 6.1.4. MAQUINARIAS PARA LA FASE DE OPERACIÓN Durante la fase de operación de la planta se utilizará la maquinaria necesaria para el retiro y traslado del lodo, de forma tal que permitan el traslado seguro hacia la zona de disposición que corresponda. 6.2. RESIDUOS SÓLIDOS 6.2.1. RESIDUOS SÓLIDOS GENERADOS EN LA FASE DE CONSTRUCCIÓN En la etapa de construcción se generarán los residuos propios de la construcción de la planta, tales como embalajes de equipos propios del transporte, embalaje de unidades, embalaje de instrumentos y equipos motobombas, restos de PVC por instalación de tuberías.




Los residuos asimilables a domiciliarios serán depositados en el relleno sanitario, y aquellos residuos no clasificables en la categoría anterior, si los hubiera, serán traslados a un sitio de disposición final que cuente con las autorizaciones necesarias para su recepción. 6.3. GENERACIÓN DE RESIDUOS LÍQUIDOS 6.3.1. GENERACIÓN DE RESIDUOS LÍQUIDOS EN LA FASE DE CONSTRUCCIÓN Durante la etapa de construcción de la planta de tratamiento, se proveerá para el personal destinado a la construcción de un baño químico, el cual será evacuado de acuerdo a las necesidades que se establezcan. 6.3.2. GENERACIÓN DE RESIDUOS LÍQUIDOS EN LA FASE DE OPERACIÓN Los residuos líquidos generados, serán dispuestos según se describe anteriormente en regadío, los caudales remanentes serán utilizadas para las demandas de agua establecidas para la Planta de Lavado, Humectación de Caminos, Humectación de Adecuaciones y Humectación de de taludes definitivos. 6.4. GENERACIÓN DE RUIDO 6.4.1. GENERACIÓN DE RUIDO EN LA ETAPA DE CONSTRUCCIÓN Se generarán ruidos propios de la etapa de construcción, cabe destacar que en la zona de construcción de la planta, no existen receptores cercanos que puedan verse afectadas por la generación de ruidos. En la etapa de construcción, el transporte de materiales, movimiento de maquinaria, producirá ruido, éste será discontinuo y esporádico. Cabe mencionar que una importante parte de la planta son equipos que se compran “llave en mano” por lo tanto el ruido que se generará será solo por la instalación. 6.4.2. GENERACIÓN DE RUIDO EN LA ETAPA DE OPERACIÓN Durante la etapa de operación no existirán emisiones sonoras molestas, ya que los equipos considerados no generan presiones sonoras elevadas. La planta de tratamiento, contiene en sí, equipos que son motobombas de impulsión, bombas dosificadoras de productos químicos y sopladores. Estos equipos, que funcionan de manera temporal, no generarán ruidos sobre los 60 dB, pero en caso de constatar mediciones altas se proveerá de sorderas al personal.




6.5. GENERACIÓN DE EMISIONES A LA ATMÓSFERA 6.5.1. GENERACIÓN DE EMISIONES A LA ATMÓSFERA EN LA FASE DE

CONSTRUCCIÓN Para minimizar la emisión de material particulado durante la construcción los terrenos a excavar serán continuamente humectados. 6.5.2. GENERACIÓN DE EMISIONES A LA ATMÓSFERA EN LA FASE DE OPERACIÓN Durante la operación de la planta podrían generarse gases propios de las operaciones realizadas. La principal etapa donde pueden producirse gases es en el ecualizador por lo que se exigirá a la empresa dueña del relleno sanitario que tome las medidas pertinentes para evitar situaciones que de generación de olores.




7. REFERENCIAS

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ANEXO

Tabla 13. Tablas del Decreto Supremo 189

anexo 10 planta lixiviados rs castro

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