INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
Escuela Superior de Ingenier ía Quím ica e Industrias Extractivas
ESTUDIO PARA LA P O T A B IL IZ A » DE LAS AGUAS DEL RIO AMACUZAC.
Tesis ProfesionalQue para obtener el T ítu lo de IN G E N IE R O Q U IM ICO IN DUSTR IA L
p r e s e n t a
RUBEN MONTERRUBIO SOSA
M éxico, D . F . 1 9 8 3
EST U D IO PA R A L A PO T A BIL IZ A C IO N D E L A S AGUAS D E L RIO A M A C U ZA C
R E S U M E N
C A PIT U LO I INTRO DUCCIO N
C A PIT U LO II G E N E R A L ID A D E S SO BRE E L AGUA
C A PIT U LO III EST U D IO S D E L PR O C ESO
C A P IT U L O IV PR U EB A S D E LA BO RA TO RIO
C A P IT U LO V CO N D IC IO N ES O PT IM A S D E PRO CESO
C A PIT U LO V I D ESCRIPC IO N D E L EQ UIPO E X P E R IM E N T A L
C A P IT U LO V II C O N SID ER A C IO N ES ECO N O M ICA S
C A P IT U LO V III C O N C LU SIO N ES
B IB L IO G R A FIA
I N S T I T U T O P O L I T E C N I C O N A C I O N A L. xjH'KK V,
E S C U 6 L A S U P E R IO R D E IN G E N IE R IA Q U IM IC A E IN D U S T R IA S EXT R A C T IV A S
DIV IS ION DE SISTEMAS DE T ITULAC IONUtUTUUK
iiocMioii m uw T-145Méx.co d f 9 de agosto de 1983
c RUBEN MCNTERRUBIC SOSAP a s a n te de Ingen iero QUIMICC INDUSTRIAL 1974-1978
P re s e n te
Miraflores 619-23 Col. Portales Z.P.13
E l tem a d e t ra b a jo y/o tes is p a ro su exam en p ro fe s io n a l en la o p c io 'i TRADICIONAL INDIVIDUAL
es p ro p u e s to p or el c ING. FABIA REVUELTA TCLEDC MEDINA qur*n >era «i
responsab le d e lo c a lid a d de t ra b a jo que usted p resente re fe r id a a l tem o
e l cu a l d e b e rá u s te d d e sa rro lla r d e ocue< do con e l J g u i e n i ? o rd en
ESTUDIC PARA LA POTABILIZACICN DE LAS AGUAS DEL RIC AMACUZAC.
RESUMEN I.- INTRODUCCION
II.- GENERALIDADES SOBRE EL AGUA III.- ESTUDIOS DEL PROCESO IV.- PRUEBAS DE LABCRATCRIC V.- CONDICIONES CPTIMAS DEL PRCGESC
VI.- DESCRIPCION DEL EQUIPO EX°EPIMENTAL
VII.- CONSIDERACIONES FCCNCMICAS VIII.- CONCLUSIONES
/ BIBLIOGRAFIA
X M S i r c r l IT<\ M A R T I M F 7 7 F N n F , l A S
E J e f e d e 1 D epep o rto m 'e n tp ^e^Q p cio
r 'f i 7'
¡ E A T R I Z j i P Í B ' J I L L C L U E VA
lo Di d e S is e m a s
/^ f * '
D R A . B E A T R I Z j i T ^ P - J Í L L C LUEVANC
£t Je fe deTlty ioc on yI lio io
I N G . F A B I A R E V U E L T A T C L E D C M E D I NA
E l P r L f i ío r O n e n lo d o
J ° ¡I N G . H T I A Ó f f l ¿ P f Í GARAOHAMA
;/ Di rec tor de lo EsCue o
R U BEN Y M A . D E JESU S
M IS AM ADOS P A D R E S ,P O R H A B E R SABIDO S E R L O Y POR LO
-QUE D E M I HAN H ECH O
JO SE A L B E R T O , A R T U R O ,M A D E JES U S Y DOM INGA
M IS Q U ER ID O S H ER M A N O S, D E Q U IEN ES M E E N O R G U L L E Z C O
M I ESPO SA M A R IA S IL V IA , IN F A T IG A B L E G U IA Y APOYO
DEDICO ESTE TRABAJO A :
A L A M E M O R IA D E L A U R E N T IN A M O R A L E S E S Q U IV E L
JO SE A RT U R O .JO SE D E JESU S , JO SE A LB E R T O
JO SE M IG U E L Y M A R IA L IL IA N A
M IS HIJOS Y SOBRINOS A N H ELA N D O Q U E E L ANIMO CO NQ UE E S T E
AÑO IN ICIAN SUS ESTU D IO S .P E R D U R E H ASTA L A SUPERACION D E L
P R E S E N T E TRABAJO
L U IS SOSA BA R BO SA ,M I TIO PO R SUS CO NSEJO S PA R A LO G R A R M I M E T A
M IS F A M IL IA S - M O N T ER R U B IO P E R E Z
SOSA BARBOSA
H E R R E R A G A S T E L U M
A L O S S E Ñ O R ES IN G EN IER O S:
JA V IE R C U A D R A M O REN O
RU BEN F L O R E S G A R C IA
PC R L A C O N F IA N Z A Y F A C IL ID A D E S OTORGADAS PA R A L A C U L
M INACIO N D E L P R E S E N T E TRABAJO
M IS C O M PA Ñ ER O S Y AM IGO S
BLA N C A L IL IA F L O R E S D E T O R R ES
SER G IO SA R M IEN T O A G U ILA R
H IL D E B E R T O CAM PO S SO LO RIO
JO SE DE JES U S O L V E R A SO T ELO
M IS A SE SO R E S
ING. FA B IA R E V U E L T A T O LED O
ING. E R IK SOSA C H IC A T I
ING. RUBEN L E M U S BARRON
PO R SU V A LIO SO A SESO RAM IEN T O EN L A ELABO RAC IO N
D E L P R E S E N T E TRABAJO
A M IS M A EST R O S
PA R T IC IP E S D E SUS CO N O CIM IEN TO S PA R A M I FO RM ACIO N
P R O F E S IO N A L
A. LA COMISION DE AGUAS DEL V A LLE DE MEXICO
A L A E . S. I. Q. I. E .
A M I Q U ER ID O
IN ST ITU TO PO L IT EC N IC O N A C IO N A L
L a s aguas del R io Am acuzac son consideradas como una de las
fuentes de abastecim iento de las futuras demandas de agua potable para -
la zona Metropolitana del V a lle de M éxico.
E l rendimiento esperado de esta fuente es cercano a los 42 m3
por segundo / su aprovechamiento im plicaría la realización de considera --
bles obras de Ingeniería que representan una inversión sustancial de recur
sos económicos.
Uno de los aspectos asociados con el aprovechamiento de las - -
aguas del R ío Amacuzac es el relacionado con la dureza de las m ism as, -
conceptualmente la solución de este problema puede generalizarse en cua
tro alternativas que son:
1 . - Control de la dureza de las aguas en sus orígenes por medio de -
la desviación de las corrientes de agua ó manantiales que sean las
principales fuentes de dureza.
2. - Control de la dureza de las aguas en sus orígenes por medio del
tratamiento separado de las corrientes que sean las principales cau
sas de la dureza.
3. - Ablandamiento de las aguas combinadas del R ío Amacuzac.
4. - Alguna combinación de las tres alternativas anteriores.
A fin de poder evaluar los m éritos relativos de cada una d é
las alternativas anteriores es necesario conocer no solo las características
F ís ico -Q u ím icas e H idrom étricas de los principales tributarios del R ío Ama_
RESUMEN
I
cusac.sino también las particularidades que reviste el tratamiento de - -
ablandamiento de las aguas combinadas (alternativa 3) ; con tal objeto -
fue necesario D iseñar,C onstru ir y O perar una Planta Piloto de ablanda
miento que perm ite ensayar y com parar diversas alternativas de tra ta --
m iento,los resultados de los estudios de traubflidad en conjunción con -
la información adicional sobre los caudales de los tributarios, la topogra
grafía de la región y otras características de la zona perm itirán definir
la alternativa Técnica y económicamente mas adecuada para aprovechar
las aguas del Rfo Amacuzac.
E l R io Am acuzac,aguas a rrib a del punto en donde se tiene la - -
obia de toma que alim enta la Planta Potabilizadora, recibe corrientes -
de muy diversas características que le confieren en ese punto una du
reza por encima délos m áxim os perm isibles según las Norm as de agua
Potable, entre sus afluentes se encuentran corrientes que en puntos ante
ñ o re s reciben descargas de agua residual, manantiales cuya agua se da
en condiciones relativam ente potables a excepción del contenido de dure
za y corrientes con un alto contenido de sales disueltas.
Lo s principales afluentes de este Rfo, son los que han sido obje
to de análisis por parte de la Com ision de Aguas del V a lle de M éxico ,
tanto H idrom étncos como de ralidad, siendo los afluentes analizados, el
Rfo Cuautla .R fo Salado ,R ío Yautepec y Rfo Apatiaco.
II
CAPITULO I INTRODUCCION
L a limitada capacidad de las fuentes actuales de abastecimiento -
de agua potable a la zona Metropolitana de la Ciudad de M éxico y el - -
fuerte aumento en la demanda prevista para los próximos años .hacen - -
im perante considerar nuevas alternativas de abastecimiento de tan vital
elemento.
A pesar de que cerca de las tres cuartas partes de los sistem as
de abastecimiento püblico de agua en M éxico provienen de fuentes subter
raneas, estos sistem as sirven sólo a dos cuartas partes de la población
que toma agua de los abastecimientos públicos. Po r lo que es necesario -
re c u rr ir a las fuentes de agua superficiales,que en la mayoría de los ca
sos requieren tratamiento.
E l Rfo Amacuzac después de em erger y en la zona de influencia pa
ra los fines experim entales de potabilización, recibe las aportaciones de -
los rfos Salado, Yautepec y Cuautla,adem ás de diversos manantiales ubica
dos en su trayectoria. Aguas a rriba del sitio seleccionado para la ubica —
ción de la Planta Piloto, el Rfo Amacuzac recibe las aportaciones de ios - -
dos prim eros rfos, el segundo de los cuales recibe a su vez las aguas del
Rfo Apatlaco en las inmediaciones de la ciudad de Jojutla ,M or. E l R ío - -
Cuautla con volúmenes de menor cuntía y m ejor calidad, descarga a i A m a
cuzac vanos kilóm etros aguas abajo del sitio donde se ubica la planta P i
loto.
Considerando el gran caudal, el bajo grado de contaminación y la fac
1
tililidad económica para el tratamiento, se selecciono el Rfo Am acuzac, -
en el Estado de M orelos;para probar las alternativas necesarias para su
potabilizacidn.
2
L a potabilización de las aguas dei R ío Amacuzac presenta tres aspec
tos importantes para este proyecto los cuales son.
A lto contenido de dureza total
Contenido de sulfatos fuera de Norm as Sanitarias
Partícu las en suspensión que originan turbiedad
Posteriorm ente se describirán los métodos convenientes para adecuar
dichas aguas.
L a principal fuente de dureza del sistem a hidrológico Amacuzac provie
ne del Rfo 'Yautepec, cuyas aguas contienen una dureza promedio m ayor de -
600 mg/1 ( CaCOg), antes de que se le incorpore el río Apatlaco, después - -
de.-lo cual este parám etro se reduce hasta 520 mg/l ( C a C 0 3 ).E n el sitio de
las instalaciones experimentales el rfo Amacuzac presenta una dureza prome_
dio de 450 mg/1 ( CaCOg ) , y todavía reg istra una ligera disminución a l ia_
corporarse el rfo Cuautla.
L a dureza se debe principalmente a la presencia de sales de C a lc io y -
M agnesio tales como: Bicarbonatos, carbonatos, sulfatos , cloruros y n itra to s .- -
Aunque también provocan dureza en el agua el h ierro , aluminio y manganeso,
pero estas sustancias no se encuentran presentes ordinariam ente en cantida
des apreciables.
Lo s términos para c las ificar la dureza utilizados son
Dureza temporal o de carbonatos
CAPITULO II GENERALIDADES SOBRE EL AGUA
3
Dureza permanente ó de no carbonatos
L a s aguas que contienen dureza temporal ó de carbonatos sufren - -
ablandamiento parcia l a l h ervirlas, m ientras que la dureza permanente no
se reduce por esta acción. L a razón de este compoitamiento es obvia a l -
co rs id erar la composición química de los dos tipos de dureza.
E l agua objeto de tratamiento y proveniente del sistem a Amacuzac, -
presenta las siguientes características físico-quím icas ;
EPO C A D E A VEN ID A S:
Dureza Total (CaC0 3 > 165 - - - 280 m g/1
Dureza de C a lc io (CaC 0 3 > 105 190 "
Dureza de Magnesio ( C aC 0 3 ) 10 - - - 150 "
Dureza Carbonatada ( C aC 0 3 > 134 236 "
Du -eza no Carbonatada (CaC0 3 ) 110 — 373 "
Alcalinidad Total ( C aC 0 3 ) 90 - - - 283 ”
Alcalinidad Pa rc ia l ( CaCOg) 4.2 - - - 61 "
Sulfatos ( S04) 150 - - - 250 "
C lcru ro s ( Cl~) 10 25 "
Turbiedad 9 290 U N T*
Potencial Hidrógeno ( pH) 7.7 - - - 8.4
Tem peratura ambiente 20 - - - 30PC
Tem peratura del agua 23 — 28° C
* Unidades Nefelom étricas de Turbiedad
4
EPOCA DE ESTIAJE .
Dureza Total ( CaCOg) 325 - - - 744 mg/I
Dureza de C a lc io ( CaCOg) 179 - - - 300
Dureza de M agnesio ( C a C O j) 23 - - - 150
Dureza Carbonatada ( CaCOg) 152 - - - 264
Dureza no Carbonatada (C aC 0 3 ) 197 - - - 406
Alcalinidad To ta l ( C a CO3 ) 109 — 301 "
Alcalinidad P a rc ia l (C aC Ü 3 ) 3 .0 - - - 48
Sulfatos ( SC ^ ) 200 - - - 385 "
C loruros ( C l" ) 17 - - - 23 ’’
Turbiedad 3 ------- 220 UNT*
Potencial Hidrógeno (pH) 7. 5 - - - 8.4
Tem peratura ambiente 16 - - - 36° C
Tem peratura del agua 18 - - - 27°C
* Unidacies N efelom étncas de Turbiedad
5
L a s aguas del rfo Amacuzac presentan una dureza total en promedio -
duiante el año, que alcanza valores que exceden los lim ites aceptables para
a g ía potable.
E l mencionado parám etro se encuentra en las siguientes proporciones:
Dureza de C a lc io ( C aC 0 3 ) 70%
Dureza de M agnesio ( CaCOg) 30%
D e acuerdo a la naturaleza de los compuestos que se forman intrfnse
caniente en et agua, la dureza total be distribuye equitativamente en compues_
tos carbonatados y no carbonatados.
( Dureza carbonatada = Dureza no carbonatada = 50% ) , quedando en for
ma global con la siguiente composición:
Dureza Carbonatada de C a lc io ( CaCO^) 50%
Dureza Carbonatada de M agnesio ( C aC 0 3 ) 0%
Dureza N o Carbonatada de C a lc io ( CaCOg) 20%
Dureza No Carbonatada de M agnesio ( C aC 0 3 ) 30%
L a composición promedio de la dureza antes anotada en forma porcen
tual para facilita r su distribución se presenta a continuación las concen tra --
c io ies promedio encontradas durante la operación de la Planta Piloto.
Dureza Carbonatada de C a lc io ( CaC 0 3 > 173 mg/1
Dureza Carbonatada de Magnesio ( C aC Ü 3 ) 0 m g/l
Dureza No Carbonatada de C alc io ( C aC 0 3 ) 67 mg/1
CAPITULO III ESTUDIOS DEL PROCESO
Dureza No Carbonatada de Magnesio ( CaC03) 107 mg/1
En la figura siguiente se observa en forma gráñca estas concentraciones-
1-----1----- !-----1-----1-----f-----1----- t-----1-----1-----t-----1-----1----- 1-----1----- 1o 100 200 300 mg/i(CaC0 3)
D U R E Z A T O T A L
DUREZA DE CALCIO D. DE MAGNESIO
D. CARBONATADA D. NO CARBONATADA
Durante la operación de la Planta Piloto se han detectado variaciones estacionales en la calidad de las aguas crudas asociadas pnmordialmente a la v incidencia de lluvias en la cuenca del Amacuzac.
La disminución en la concentración de especies iónicas por la incorporación de precipitaciones pluviales a los cauces de la cuenca es evidente en et siguiente cuadro comparativo
CALIDAD DE LAS AGUAS EN X1CATLACOTLA ,MOR.
PARAMETROS DE CALIDAD ESTIAJE AVENIDASDureza Total ( CaCOj) 744 mg/l 200 mg/lDursza de Calcio ( CaCOg) 300 ” 190 "Dursza de Magnesio ( CaCOj) 150 " 150 'Dursza Carbonatada ( CaCO¿) 263 " 235 "Dureza No Carbonatada ( CaCO<) 406 " cT ¿
En términos generales la disminución de las concentración».•» Jo spj--7
cíes iónicas bajo estudio fué del orden del 40% entre Julio de 1979 a Enero de 1980 y Julio a Diciembre de 1980.
Se probarón varias técnicas y esquemas de experimentación los cuales se describen a continuación:
En base a la información sobre la calidad del agua del rfo Amacuzac - a la altura del poblado de Xicatlacotla,Mor. recopilada por la estación hidroi métrica num. 4 de la Comisión de Aguas del Valle de México en un lapso de 12 meses y a los estudios de caracterización confirmativos en la Planta Piloto, se seleccionarón de manera tentativa tanto una serie de secuelas como es
quemas de ablandamiento acordes a la composición y contenido de dureza total en las aguas.
Conforme se avanzo en el trabajo planeado, estos esquemas fuerón modi ficados retroalimentando los resultados generados, buscando la optimización =- técnica de las secuelas bajo prueba.
El método que se sigue para el ablandamiento de las aguas del rfo A m a cuzac, es el de cal y sosa calcinada en frfo.
ABLANDAMIENTO CON CAL Y SOSA CALCINADA EN FRIOEste pioceso consiste en aplicar estas sustancias al agua cruda, la cal -
reacciona con los bicarbonatos solubles de calcio y de magnesio, que son los - que causan la dureza de carbonatos, formando carbonato de calcio e hidróxido de magnesio, que son insolubles . La sosa calcinada reacciona con los com —
puestos solubles no carbonatos de calcio y magnesio, que causan dureza perma
8
nente ó de no carbonatos, precipitando compuestos insolubles de calcio y - magnesio, pero dejando en solución a los compuestos de sodio que no consumen jabón.
La química del proceso de ablandamiento es la siguiente :
------------------------------ Ca(OH)2Cao + H 20 -
C O 2 + Ca(OH)r
Ca (HC0 3 )2 + Ca(OH)2 —
M g (HC03 )2 + Ca (0H)2 -
M g C 0 3 + Ca<OH )2 -----
2 NaHC0 3 + Ca(OH)2 -
M g S O 4 + Ca(OH)2 -
CaS04 + Na2C 0 3
► CaCO3 | + H 20
► 2 CaCO 34- + 2
► CaC03i + M g C 0 3 +2
»CaC0 3 4,+ Mg(OH)24-
► CaC03-M- Na2C 0 3 +2 H 20
► Mg(OH)2 4- + CaS04
» CaCOg ̂ + Na2S0 4
La figura siguiente presenta un bosquejo de la cantidad de reactivos
teórica necesaria para remover La dureza total promedio de las aguas del RTo
Amacuzac, asf mismo muestra las reacciones y compuestos intermedios forma
dos
9
PRECIPITACION COMBINADA DE LA DUREZA
D U R E Z A D E C A LC IO d . d e m a g n e s i o
D. CA RBO N A TA D A D. NO CARBON ATADA
+ +
C a ( 0 H )?
IC a C O 3 ^ a C 0 3 i
. t C a C O 3 C a C u 3 XO(fracción
soluble)
C a ( 0 H )2
>/ (
Dureza de calcio
M * (OH)2 1 <
(no carbonatos)
N a , C O ,
>r
N a2 COq
C a C O 3
(fracciónsoluble)
Lo s dos esquemas de tratamiento probados se ajustan a la condi
ción inicial básica para el ajuste de los parám etros de dureza total del
agua, el cual es el factor lím ite de experimentación. Estos esquemas pue
den se r descrotos a grandes rasgos como sigue;
1. - Remoción combinada de la dureza de calcio y la dureza de m ag
nesio en una linea de proceso.
2. - Remoción selectiva de la dureza de calcio en una línea de proce
so y de la dureza de magnesio en una línea adicional en se rie - -
con la prim era,
10
Ambos esquemas de ablandamiento , han probado se r eficaces en su ob-
tivo principal. Aunque el segundo esquema presenta condiciones económicas
menos favorables, su conclusión dentro de la experimentación obedece a - -
que mediante su uso es posible generar Lodos de carbonato de calcio sus
ceptibles de se r recuperados como rectivo en las m ism as instalaciones de
tratamiento, fiste segundo esquema presenta las siguientes opciones •
a) Precipitación selectiva de ca lcio en la prim era línea de procesos.
1. - Removiéndolo de la dureza carbonatada únicamente.
2. - Removiéndolo de la dureza carbonatada como de la no carbonatada.
b) Precipitación selectiva de calcio en la segunda Lfnea de procesos.
11
D iagram a por bloques de los esquemas seleccionados de tratamiento.
E SQ U EM A S T EO R IC O S D E A BLA N D A M IEN TO EN DOS L IN E A S D E PR O C ESO S
A ) Precipitación selectiva de calcio en la prim era lfnea de procesos.
1. - Remoción del calcio de la dureza carbonatada exclusivamente.
L IN E A 1_______________________
D U R E Z A CA RBO N A TA D A
L IN E A 2_______________
D U R EZ A NO CARBON ATADA
C A LC IO C A LC IO M AGNESIO
Ca(OH)„
\/
+
C a (OH)211 *•1
><
i M g (OH)2. Ca lcio
& CaCO 3 4 4. i +& CaC03 1 i
(fracción solublei i C a C O 3 ^ ■i’
(fracción soluble)
1 2
A ).b ) Remoción del calcio canto de la dureza carbonatada como la de la
no carbonatada.
L IN E A 1
D U R E Z A CA RBO N A TA D A D U R E Z A NO CARBO N ATADA
C A LC IO CAÍ .CIO m a g n e s i o
+
C a(O H )2 N a 9,CQ3
i' i C a C O , | i i
' CaCQ3
i C aC O 3 j M agnesio
Dureza carbonata= da
L IN E A
^ ^ CaCQ^M g(O H )2
* (fracción soluble)
13
B) PR EC IP IT A C IO N S E L E C T IV A D E C A LC IO EN L A SEGUND A L IN E A -
D E PR O C ESO S. -
L IN E A l
D U R E Z A CARBO N ATADA
C A LC IO
D U R EZ A NO CARBON ATADA
C A LC IO M A G N ESIO
Ca(OH)2 Ca(Q H )9(fracción
soluble)
caco, i i
¡ C a c o 3 i- 44- Mg(oH)2 4, :■
4- C a lc io
(fracción soluble) (Dureza no carbonatada)
L IN E A 2
D U R E Z A NO CARBO NATADA
C A r o o
f
Na?. c o ,
>
(fracción
' soluble)
4- CaC0 3 i ! "
14
Po r su sencillez, la experimentación con este esquema requirió de un -
tiempo menor del que consumid la prueba del esquema con dos lineas de - -
proceso; los resultados obtenidos fueron estables en cada una de las c o r r i
das efectuadas.
Com o antes se ilustró, la aplicación de los reactivos es sim ultánea en
este caso en una m ism a línea de procesos y se generan lodos combinados -
de calcio y magnesio. Lo s resultados promedio de la experimentación con es
te esquema se muestran el figura siguiente:
Dosis- 200 m g/l Ca(O H )2 ------
ABLANDAMIENTO EN UNA LINEA DE FROCESOS.
D. Total (CaCOg) 254 mg/l
D. C a lc io (CaCOg) 136 "
D. M agnesio (CaCO^) 118 mg/l
A le . Total (C aC 0 3) 127 mg/l
D. Carbonatada(CaC03) 127 mg/l
D .N o Carbonatada (CaCO^) 127 mg/l
pH ; 8.2
Turbiedad 122 UN T
N a ^ O , Dosis; 125 mg/l
D. Total (C aC 0 3) 77 mg/l
D. Ca lc io (C aC 03) 43 "
D. M agnesio (CaC03) 34 mg/l
A le. Total (C aC 0 3) 98 mg/l
D. Carbonatada (C aC 0 3) 77 mg/l
D .N o Carbonatada (C a C O g ) 0 mg,
pH ; 10.7
Turbiedad 40 UNT
+2Lodos C a 104 m ¿/l = 8 7 %
+2Mg 16 mg/l = 13%
E SQ U E M A I (L IN E A UN ICA )
15
De los resultados anteriores se obtuvierón las siguientes conclusiones;
1. - L a dureza carbonatada, originalmente en forma de bicarbonatos, re a c
ciona completamente con la cal, transformándose Integramente en car
bonatos precipitables, de los cuales queda un remanente soluble en -
concentraciones inferiores a los lím ites establecidos por los reg la
mentos sanitarios en vigencia.
2. - L a causticidad lograda en el eñuente de sedimentación es suficiente
para precip itar la dureza de magnesio, lo cuál ocurre a pH elevado
( 10. 5 ) .
3. ■ E l contenido de magnesio se reduce a valores por abajo del lím ite
m áximo recomendable.
4. - L a transformación de la dureza no carbonatada se realiza en forma
completa.
5. - L a secuencia de transform ado de la dureza no carbonatada de m ag
nesio, se realiza en dos pasos.
a) Transform ación a dureza carbonatada de magnesio.
b) Precipitación de magnesio como hidróxido insoluble.+2 +2
6. - Lo s lodos precipitados contienen un 87% de C a y un 13% de M g - -
de acuerdo al total, sin considerar otro tipo de lodo precipitado.
16
A BLA N D A M IEN TO EN DOS L IN E A S DE PR O C ESO S
Como antes se anotó, éste esquema presenta varias opciones ó secuencias
las cuáles se diferencian prácticam ente en el orden de aplicación de reac
tivos y en la cantidad de lodos recuperables que es factible obtener en cada
linea. E n total se considerarón tres opciones y para cada una de ellas, los -
resultados ss resumen en la form a siguiente.
- - Precipitación de calcio en la prim era linea-
E sta opción particu lar del segundo esquema presenta dos variantes •
a) Una en la que exclusivamente se precipita el calcio asociado a la -
dureza carbonatada.
b) O tra en la que precipita el calcio asociado tanto a la dureza carbo
natada como a la no carbonatada.
L a prim era vanante supone la adición de una pequeña fracción de la -
ca l total requerida, dejando para la segunda linea la dosificación de la canti
dad total de carbonato de sodio y la fracción restante de cal.
L o s resultados promedio para esta vanante especifica, se resumen obje
tivamente en la siguiente form a •
17
Dosis: 75 m g/l Ca(O H )2 —
D. Total (C aC 0 3) 235 mg/l
D. Calcio (C aC 0 3) 150 "
D. M agnesio (C aC 0 3) 85 mg/l
A le. Total (CaC0 3 ) 125 mg/l
D. Carbonatada (C aC 0 3) 125 mg/l
D .N o Carbonatad (C aC 0 3) 110 m g/l
p H : 1.9
T u rb i2dad • 212 UN T
*ESQ U EM A II L IN E A 1
D. Total (CaCC^) 193 mg/l
D. C alc io (CaC0 3 ) 106 mg/l
D. M agnesio (CaC0 3 ) 87 mg/l
A le. Total (CaCQ ?) 90 mg/l
D. Carbonatada (CaCOg) 90 mg/l
(C aC 0 3) 103mg/D .N o Carbonatada
p H : 8.4
Turbiedad 68 UNT
+2Lodos Ca 40 mg/l = 100 %
+2M g ------- = o %
Mediante un análisis de los resultados anteriores se obtienen las siguien
tes conclusiones
1. - L a dureza carbonatada sufre sólo una pequeña reducción en la p rim era l i
nea (27%) con respecto a la dureza íniciaL
2.- Debido al efecto de a rrastre , la dureza no carbonatada se reduce en un - -
10 %.
3. - L a dureza carbonatada remenente en la p rim era linea presenta un conte
nido del 80 % de bicarbonatos y el porcentaje restante se encuentra en form a
de carbonatos.
4. - En promedio, con una dureza en el agua cruda de 235 mg/l como CaCOo,+2 +2 J
los lodos contienen 40 mg/l de C a y no contienen M g .
18
L a segunda vanante de ésta opción del esquema en dos líneas de p roce
so, requiere la adición en la prim era línea de una fracción de cal total requé
n d i y de una fracción ó el total del carbonato de sodio requerido; en la s e
gunda línea se dosifican los porcentajes remanentes de carbonato de sodio y -
cal. E l efecto que se logra a l añadir el carbonato de sodio en la p rim era l í
nea perm ite obtener una m ayor cantidad de iodos puros de calcio por •
1. - L a preferencia que presentan los compuestos no carbonatados de m agne
sio hacia la reacción con el carbonato de sodio,permitiendo la dosifica
ción inicial de m ayores cantidades de este reactivo.
2. - L a precipitación de los compuestos no carbonatados de calcio o rig inal—
mente presentes en el agua.
L o s resultados promedio obtenidos en el trabajo experimental con esta va
naa te de operación se resumen en la siguiente figura
Dosis • 150 mg/l Ca(O H )2 ~
D .^ o ta l (CaC0 3 ) 314 mg/l
Na^COS Dosis; 75 m g/l
D .C a lc ic (CaCOg) 225 m g/l
D. Magnesio (C aC 0 3) 89 mg/l
A le. Total (C aC 0 3) 155 mg/l
D. Carbonatada (CaCOg) 155 mg/l
D .N o Carbonatada (CaC0 3 ) 159 mg/l
p H • 8.3
Tu 'biedad ; 25 UNT
ESQUEMA II (LINEA 1)
D. Total (C aC 0 3) 166 mg/l
D. C a lc io (CaCOg) 83 m g/l
—*D . M agnesio (CaC0 3 ) 83 m g/l
Ale. Total (C aC 03) 77 mg/l
D. Carbonatada (C aC 0 3) 77 m g/l
D .N o Carbonatada (CaC0 3 ) 89 mg/l
p H ; 9 .0
Turbiedad • 7. 2 UNT
+2Lodos- C a 102 mg/l 97%
+2M g 3 m g/l 3%
19
Dosis - 350 m g/l C a (O H ); N a C 0 _ Dosis; 75 mg/l 2 3D. Total (C aC 03) 168 mg/l
D. Calcio (CaCOg) 156 mg/l
D. Magnesio (CaC0 3 > 12 mg/l
‘ A le . Total (CaC03) 134 mg/l
D. Carbonatada (CaC03) 134 mg/l
D .N o Carbonatada (C aC O j) 34 mg/l
p H 10. 9
Turbiedad ■ 4 .9 UNT +2
•—> Lodos • C a 19 mg/l 53%+2
M g 17 mg/l 47%
D. Total (C aC 0 3) 166 mg/l
D. Calc io (C aC 0 3) 83 mg/l
D. M agnesio (C aC 03) 83 m g/l
A le . Total (CaCOg) 77 mg/l
D. Carbonatada (CaCOg) 77 m g/l
D .N o Carbonatada (CaCOg) 89 mg/l
p H ; 9.0
Turbiedad • 7. 2 UNT
Coagulante < -
A 12(S°4>3 ° 18 H 2°
D o s is ; 30 m g/l «ESQ U E M A II L IN E A 2
Mediante un análisis de los resultados anteriores obtenemos las siguien
tes conclusiones ;
1. ■ L a dureza carbonatada de calcio removida en la prim era linea de procesos,
equivale a l 50% de la dureza carbonatada inicial.
2. - En la segunda linea, la dureza carbonatada se incrementa en un 74% debido
a la gran cantidad de cal que hay que agregar para increm entar la causti
cidad y poder rem over la dureza de magnesio.
3. - E l efecto total sobre la dureza carbonatada de calcio es de una reducción -
del 14% quedando concentraciones por abajo de ios lim ites recomendables.
4 . - En el efluente de la prim era linea, ia dureza carbonatada de calcio está -
compuesta por un 65% de bicarbonatos y el porcentaje restante se encuen-
20
5. - En el efluente de la segunda línea,, la dureza carbonatada de calcio está
compuesta por un 55% de O H " y el porcentaje restante .corno carbona
tos solubles.
6 . - En promedio el efluente general reg istró una concentración de 60 mg/l
(C aC O j) de carbonatos solubles.
7 . - L a precipitación de ms-gnesio fué míinima en la p rim era línea, llegando
a obtenerse en promedio una reducción del 8% Con respecto a la canti
dad inicial. E l porcentaje anterior equivale a 7 mg/l (CaCOg) de m ag
nesio precipitado.
8. - En la segunda línea se observó una reducción del 85 % en la concentra
ción de magnesio, lo cuál equivale a 70 m g/l (CaCOg) de magnesio pre
cipitado.
9. - E l efluente global presentó en promedio, una concentración de 12 m g/l
(CaCOg) de magnesio, la cuál está muy por abajo de los lím ites recomen
dables.
10. ■ Debido a la adición de carbonato de sodio en la prim era línea de p roce
sos, no es posible estim ar el grado de remoción de la dureza no carbo
natada que se lleva a cabo por a rrastre .
11. Dependiendo de la dosificación inicial de carbonato de sodio en la prim e
ra línea, la dureza no carbonatada del afluente, puede se r reducida a ce
ro sin m ayor problema.
era en forma de carbonatos solubles.
21
1 2 .- L o s lodos generados en la p rim era linea de procesos, contienen en =--
+2 +2 promedio 102 m g/l de C a y 2. 9 m g/l de M g , esto representa el -
+2 +2 97 % C a y 3 % M g .
13 .- Lo s iodos generados en la segunda Ifnea,contienen en promedio 19 - -+2 +2 +2
m g/l de C a y 17 m g/l de M g , esto representa el 53% Ca y — +2
47 % M g .
14. = L a s cantidades de calcio generado en los todos (102 mg/l en prom e
dio), equivale a 189 mg/l como en C a tO H ^ , los cuáles si se consi
deran como reactivo puro son suficientes para abastecer de este pro
ducto a l sistem a completo.
PR EC IP IT A C IO N D E C A LC IO EN L A SEG U N D A L IN E A .
E s ta segunda opción de ablandamiento, bajo el esquema operativo que
usa dos líneas de proceso, supone la dosificación de la cantidad total d e
caí en la p rim era línea de procesos para precip itar por completo el m ag
nesio y la dosificación de la cantidad total de carbonato de sodio en la se
gunda línea de procesos para precip itar exclusivam ente los compuestos no
carbonatados de calcio.
Los resultados obtenidos durante la experimentación bajo esta opción -
se resumen a continuación en forma promedio global y gráficamente en la
figura siguiente
2 2
Dosis : 150 m g/l Ca(O H )2 —
D. Total (C aC O j) 427 m g/l
D. C a lc io (C aC 0 3) 300 m g/l j— A
D. M agnesio (C aC 0 3) 123 m g / l t *
A le . Total (C aC 0 3) 208 mg/l -------
D. Carbonatada (C aC 0 3) 208 mg/l
D .N o Carbonatada (C aC 0 3) 219 m g/l
p H • 8. 2
Turbiedad ; L2.1 UNT
* ESQ U EM A II L IN E A 1
Dosis : 275 mg/l C a fO H ^ -
D. Total (C aC 0 3) 170 mg/l
D .CaLcio (C aC O j) 59 mg/l ____ ^
D. M agnesio (C aC 0 3) 111 mg/l _____
Ale. Total (C aC 0 3) 172 mg/l _____
D. Carbonatada (C aC 03) 172 mg/l
D .N o Carbonatada (CaCOg) 0 mg/l
p H ; 9.1
Turbiedad 44.1 UNT
Coagulante <H
A l2(S04)3 Ib 1 U O
Dosis , 20 mg/l 23
ESQUEMA II L IN E\ 2
■ N a 2C 0 3 Dosis.- 275 mg/l
D. Total (CaC03) 170 mg/l
D. C a lc io (C aC 03) 59 mg/l
^D. Magnesio (C aC 03) 111 mg/l
A le. Total (C aC 03) 172 mg/l
D. Carbonatada (C aC 0 3) 172 mg/l
D .N o Carbonatada (C aC 0 3) 0 mg/l
p H • 9.1
Turbiedad ■ 44 UNT -;-2
Lodos : C a 166 mg/l 98%+2
M g 4 ” 2%
D. Total (C aC 0 3) 147 m g/l
D. Calc io (C aC 0 3) 125 mg/l
_^D. M agnesio (CaCOg) 22 mg/l
A le. Total (CaC03) 127 mg/l
D. Carbonatada (CaCO^) 127 mg/l
D .N o Carbonatada (C aC 0 3) 20 mg/l
p I ! • 10.7
Turbiedad 10. 5 UNT +2
L->Lodos C a 56 nig/l 73^+2
M g 21 ing I 27
De los resultados anteriores obtenemos las siguientes conclusiones-
1. - En la p rim era linea de procesos, la dureza carbonatada de ca lcio se - -
reduce en un 38 %.
2. - E n la segunda linea de procesos, la dureza carbonatada de ca lcio se m
crem enta en un 14 % como promedio, debido a la transformación que su
fre la dureza no carbonatada de calcio.
3 . - E n form a global, la dureza carbonatada se reduce en un 20 % , aunque
el com portam iento del proceso general es muy errático llegando a r e
g istrarse incrementos en algunos casos analizados.
4. - L a dureza no carbonatada de calcio se incrementa en la p rim era lfnea
de procesos en un 98% debido a la transformación de la dureza no ca r
bonatada de magnesio en dureza no carbonatada de calcio.
5. - E n la segunda lfnea, la dureza no carbonatada de calcio sufre una p re
cipitación y transform ación casi total debido a la acción del carbonato
de sodio agregado en esta línea.
6. - L a dureza carbonatada de calcio en el eñuente de la prim era línea, es
tá compuesta por un 60 % de carbonatos; el porcentaje restante se pre
senta en forma de OH .
7. - L a dureza carbonatada total en el eñuente de la segunda línea está for
mado por un 90 % de calcio y un 10 % de magnesio.
8 . En la prim era línea de procesos se removió el 67 % del magnesio, l e -
prcseniando <_su> una i_oni_v. m u fló n pioi ic Jio m ti ^ 2i i
(CaCO^), lo cual está dentro de los lím ites recomendables.
24
9. - En promedio, el eñuente total de la prim era lfnea presenta un conteni
do de 58 m g/l (CaCO^) de carbonatos solubles, en tanto que para el - -
efluente total está cantidad pasa a s e r de 72 mg/l (CaCOg).
10. - E l comportamiento de la dureza de calcio es errática en la prim era
lfnea, aunque en promedio, el eñuente presenta un contenido igual al - -
del agua cruda.
11. - En form a global, la dureza de calcio se precipita en un 40% quedando
el efluente con una concentración promedio de 118 mg/l (CaCOg).
12. - L o s locos generados en la p rim era lfnea de procesos contienen en --r2 +2
promedio 82 mg/l de C a y 12 m g/l de M g , lo cuál equivale al - +2 +2
87% de C a y 13 % de M g .
13. - Lo s lodos generados en la segunda lfnea de procesos contienen en -+2 +2
promedio 35 m g/l de C a y 1. 3 mg/l de M g , lo cual equivale al +2 +2
97% de Ca y 3% de M g .
14 .- L a precipitación de magnesio en la segunda lfnea aunque pequeña,- -
puede inhibirse mediante la adición de C O 2 en el efluente de la pri
m era lfnea, evitando de está m anera la contaminación de los lodos
de calcio.
15. L a cantidad de calcio generado en los lodos de la segunda lfnea - -
equivale a 65 mg/l (C a O l^ , cual sf se considera como reactivo -
puro, es suficiente para abastecer alrededor del 40% del reactivo
necesario para eL sistem a completo.
25
E l rfo Amacuzac se caracteriza por presentar fuertes fluctuaciones -
de calidad en lo referente a la turbiedad que a rrastra . Puede decirse que -
en época de estiaje entre los meses de noviembre a Junio, la turbiedad —
fluctúa entre 10 y 25 UNT;éstos valores se consideran bajos comparados
con los que se alcanzan en la época de lluvias, la cuál se presenta entre
los m eses de julio a Noviem bre, ya que durante ella, la turbiedad del agua
llega a v a r ia r entre 150 y 500 UNT.
Com o factor adicional para las consideraciones de clarificación, se - -
cor templa el de la generación interna de turbiedad dentro de los lim ites -
de ios procesos de ablandamiento, ya que la precipitación del calcio y el -
m agnesio se traduce en la generación de finísimas partículas de carbonato
de calcio y hidróxido de magnesio que por su tamaño y condiciones genera
les en ocasiones son de difícil remoción.
Considerando la importancia que reviste la clarificación adecuada en -
el efluente de los procesos de ablandamiento, definiendo como tales los de -
m ezcla rápida, floculación y sedimentación, las pruebas experimentales de - -
c larificación se rcahzarón en forma paralela con algunos de los esquemas
de ablandamiento antes comentados.
E stas pruebas iniciales comprendieron la optimización del uso de coa-
gulm tes dentro de los procesos, a manera de obtener condiciones aceptables
de tuibicdad en el efluente de sedimentación, incorporando v a u an u s tales co
mo la recirculación de lodcs para fomentar la floculación efectiva de las —
CLARIFICACION. -
26
partículas precipitadas como resultado del ablandamiento.
L a s pruebas anteriores, consideradas como la fase inicial dentro del
program a experimental de clarificación, se realizaron en forma exhaustiva
aplicando tanto coagulantes metálicos como polfmetos en una ó dos líneas
de proceso bajo las m ism as condiciones e incorporando además la re c ir -
culación de lodos generados en casos particulares.
Como segunda fase y Ultima dentro del program a experimental de -
c larificación , se realizarón una s e n e de pruebas de filtración usando le
cho mixto de arena-antracita en unidades piloto que incorporaron el —
principio de operación de tasa variable declinante.
Dentro de ésta última fase fuerón ejecutadas pruebas a tasas de - -
2 2 3- 5 y 7 gpm/pie ( 2. 0, 3. 4 y 4. 8 . 1/seg-m ) con corridas independien
tes para-
a) F iltrac ió n sin el uso de polímeros
b) F iltrac ió n con polím eros incorporados antes de la sedimentación.
c) F iltración con polímeros incorporados en la sedimentación.
E l uso de los polímeros puede definirse como ayuda directa de fil
tración en ej prim er caso y como a\ uda de sedimentación en d segundo
caso;para ambas posibilidades, el objetivo de las pruebas fué cl de bus
c a r la obtención de ca rre ras con duración aceptable en Los filtros piloto.
L a s pruebas de filtración fuerón realizadas a partir de la operación
continua del sistem a piLoto de ablandamiento con cl esquema seleccionado
como óptimo,\a que la turbiedad en cl efluente Je todos los esquemas se
mantenía prácticam ente constante dentro de los lím ites aceptables paia la
27
operación de los filtros y sus resultados pueden se r aplicados a cualquier
esciuema de ablandamiento.
Como principal requisito para la operación de los filtros piloto, se tie
ne la aplicación de C O ,, como agente estabilizante del eñuente de sedimenta
ción, con el fin de evitar las incustraciones de carbonato de calcio en el me
dio filtrante.
SED IM EN T A C IO N .
L a prim era fase de experimentación en clarificación, considerando como
tal las pruebas realizadas hasta antes de las unidades de fütración, fué reali
zaca en form a simultánea a las pruebas con los esquemas de ablandamiento ,
en un total de 17 corridas independientes, cada una con diferentes a lternati
vas en lo referente a tipo de coagulante y sitio de dosificación.
L o s resultados obtenidos indican, para el total de las corridas un eñuen
te con turbiedades entre 3 y 8 U N T sin im portar las fuertes variaciones o b --
seivadas en el agua cruda, ya que se trabajó con valores mínimos de 15 U N T
y máximo de 375 UNT.
A este respecto cabe a c la ra r que el efecto de amortiguamiento sobre las gran
des fluctuaciones en la turbiedad de las aguas del rfo Amacuzac, logrado con -
los tanques de regulación y alimentación al sistem a piloto, es sumamente im
portante, ya que la presedimentación logrará con un tiempo de retención prom e
dio m ayor de dos horas en dichos tanques, liberó a la planta de sobrecargas -
más: importantes en lo referente a m aterial suspendido.
28
L a eficiencia individual de los coagulantes utilizados fué muy s im ilar
para las diferentes opciones probadas aunque en términos generales, el - -
A.12(S0 4) 3° 18 H 20 , m ostró una menor adecuabilidad a las condiciones de -
operación con los es'quemas de ablandamiento experimentados.
E n algunas de las s e n e s de pruebas realizadas se utilizó la a lterna
tiva de dosificación de polímeros como como complemento al uso de un - -
coagulante en unidades anteriores. Estas pruebas dem ostrarón que el uso -
de estos compuestos para las condiciones de operación en ablandamiento, -
no presentó ventajas tangibles, ya que no se experimentó un incremento en
la eficiencia global.
Utilizando dos líneas de procesos, los resultados obtenidos permiten -
concluir que el uso de coagulantes en ambas líneas no presentan ventajas
significativas en la eficiencia global, ya que se obtienen turbiedades muy -
s im ilares en el efluente utilizando solamente el coagulante en la segunda
línea de procesos.
29
Con el objeto de obtener las dosis de reactivos adecuadas a los diferentes esquemas de ablandamiento, sobre todo al inicio de la operación de la Planta. Piloto, fuerón realizadas una amplia serie de pruebas de —
jarras cuyos resultados se muestran en las tablas siguientes. En ellas - se anotan los principales datos de calidad referentes a los parámetros básicos de ablandamiento,asf como las dosis usadas en las seis diferen tes aproximaciones de la prueba.
El procedimiento seguido en cada prueba individual fue ajustado de acuerdo a las variantes que cada uno de los esquemas de tratamiento - incorporaba en lo referente a dosis de reactivos y objetivos parciales - de remoción.En generadlas secuencias seguidas fuerón: a) Agregar dosis crecientes de cal para determinar el punto donde la
dureza total alcanza su valor mínimo.
b) Agregar dosis crecientes de cal para determinar el punto donde la dureza de magnesio empieza a precipitar.
c) Agregar dosis crecientes de carbonato de sodio conservando constante la dosis óptima de cal determinada segCin el inciso"a" para -obtener la dosis bptima de éste reactivo que nulifique la dureza -- de no carbonatos.
d) Agregar dosis crecientes de cal y carbonato de sodio para determinar las dosis de esos reactivos tales que se reduzca al mínimo --la dureza no carbonatada y no precipite la dureza de magnesio.
30
CAPITULO IV PRUEBAS DE LABORATORIO
O P T I M I Z A C I O N D E R E A C T I V O S P O R P R U E B A DE J A R R A S
FECHA______ ¡ R E A C T i V 0 s P A R A M E T R O S
! JARRA_
NU WL mg / 1 m g/ I U N T COLOR P H
Ca ( OH ) ¿ NQjC0 3 Ca(OH )2 ALUMBRE D t, OCa D Mg A IC .T . A IC P ci- S04 I 1
1 ?rr n1ÜOl^ p
334304201228228209350
189167152127189249231
15.211.47 .6
'
234
------- ---
137129
11991424695
140
9 .0 9 .29 .1
56
A Crudo
1
2002^0—
I2 r
--- ---- 3940
119
7 .627.076.0 0 .0
9.410.611.58.1
213 , 106 175 167 159 175 289
113 100 682i c n
3 .014.411.4 19.0 22.8 26.6
1 8 .63 17r 49
384138
133
0 .914?on
| 9 .05G
A Cruda
? rri2r 0 —
---- 90106
6169
100*
9 .5 i 9 .8
10.3 |--- =,--- .. 0 .0 8 .2
1 300 ---- ---- 213 151 62 42 30.0 10.82 3^0 --- --- --- 319 286 33 148 12.2 11.9* ¿on ---- --- 236 189 47 72 57.0 11.3 114 /lr 0 ---- --- ---- ¡372 275 97 205 175 12.15 m o -- -- -- 402 341 39 323 296 12.36 CPP -- -- 380 341 39 213 190 12.2 |
A Cruda 304 213 92 137 0 .01
8 .2 j
1— . OPTIMI ZACION DE REACTIVOS POR PRUEBA DE JARRAS
■I R E A C T 1 V 0 s p R A M E T R O S ....... 1!L Ja r r a _ mg_/ I mg/ 1 U N T C O L O R P H i FECHAj NUM C a ( O H ) g N az C 0 3 C a ( O H ^2 A L U M B R E D t D C a DMg A i C T A I C P C l " S O ,
1 22^ 250 __ 76 23 53 114 68 10.31 * 225 300 -- -- 49 15 33 106 68 10.61 3 225 350 -- -- 42 8 34 167 91 10 .4
4 225 400 -- -- 53 15 37 201 114 10.4 (B 225 450 -- -- 34 8 26 228 133 10 56 225 500 -- -- 34 0 34 273 144 10.5
'a Cruda -- -- 295 174 118 129 0 .0 8.1
1 225 25 -- ___ 152 96 - 61 30 4 q R2 225 50 -- 137 94 42 38 11 9 9 i3 225 100 -- -- 106 49 56 42 15 10.04 225 150 -- -- 68 30 37 57 19 10. 15 225 200 -i. -- 61 19 42 76 30 i
10.26 225 250 ------ 46 8 38 99 42 10.3A Crud o -- -- ------ -- 293 174 118 129 0 .0 1 1
8.11 25D 25 -- __ 163 113 50 42 66 10.4250 ' 50 ------ — 137 91 46 38 19 10.4250 100 -- — 114 60 53 49 26 10.4 '4 250 150 ------ — 84 38 46 65 34 10 6S 250 200 ------ — 64 15 89 87 49 10 46 2^0 250 ------ — 65 8 57 110 61 10.7
A. C r u d a ----- ----- ------ — 289 189 100 129 0 .0 8 .3
O P T I M I Z A C I O N OE R E A C T I V O S P O R P R U E B A DE J A R R A S
O P T I M I Z A Q I O N D E R E A C T I V O S P O R P R U E B A DE J A R R A S
R E A C T I V O S
C j(O H )¿ in ^ C 0 3
I LOO 502 200 I 753 200 1004 200 , 1255 200 1506 200 ’ 17r
Crud q — --
I 100 _2 125 _3 1r 0 ; _4 175 _ _3 200 _G 225 —
Crudo --l 252 ro _ _* 75 _4 100 —5 125 -6 150 —
Crudo -- - -— -- . —
C o {O H )?
P A R A M E T R O S
D t
jng/1DC Q
157141125137117110267
164164140137134134
267
282243220
204180173
294
0670 7871 67 63
125
1181181101067982
125
11094
103 86 8 G70
125
D Mg A lC T A lC P
716347665147
141
39393031 56 52
141
15214911811810294
169
61656768
72 76
118
106106727G4957
118
129106
80118122125
106
J_U N rfleo LORCl-
1515151315190.0
111117151717
O n
1188
1111
11
0.0
P H [¡ F E C H A
8 .99 .09.09.19 .09.1J,2„
8.6
8.89.0 9 29 3 9 4
7 7
8*78 .58 48 68 79 1
8.1
O P T I M I Z A C I O N DE R E A C T I V O S ~ P~Q R ~ P R U E B A DE ~~J A RR A S ~ ~ ¡í.. 1-
O P T I M I Z A C I O N D E R E A C T I V O S P O R P R U E B A DE J A R R A S
O P T I M I Z A C I O N DE R E A C T I V O S P O R P R U E B A DE J A R R A S
C r u d a— —
!
1 -187.5 1 252 "187.5 • 50* 187.5 1754 "187.5 '1005 187.5 11256 "187.5 150
lCruda --------
f "
De acuerdo a los resultados y conclusiones particulares anotadas
antes, el esquema que técnicamente posee las m ejores opciones para
m ejorar el efluente y optimizar la generación y manejo de lodos co
rresponde a la p rim era opción del segundo esquema de ablandam ien--
to, es decir, a la secuencia que utiliza:
1 ) Dos lineas de proceso.
2 ) Dosificación de una fracción de la cal en la prim era linea de pro
cesos y el total de carbonato de sodio en ésta misma linea.
3 ) Dosificación del porcentaje restante de cal en la segunda linea de
procesos.
L a s bases fundamentales para la selección técnica del esquema
anteriorm ente descrito a grandes rasgos, son los siguientes:
a ) Produce un efluente con calidad dentro de los lfm ites recomenda
bles por la reglamentación sanitaria vigente,
b ) L a estabilidad en el tiempo del proceso general es aceptable,
c ) L a geneiación de lodos es controlada de tal forma que pueden -
se r obtcridos lodos de ca lcio prácticam ente puros,
d ) Presenta una flexibilidad lo suficientemente amplia como para ab
sorber los fuertes incrementos de turbiedad observados en época
de avenidas en las aguas crudas,
e ) E s ta mism a flexibilidad puede se r usada para proporcionar un -
tratamiento dividido, pasando por el proceso solamente una fra c -
CAPITULO V CONDICIONES OPTIMAS DE PROCESO
31
ción del total del gasto a tratar y mezclándolo con el resto del caudal
de agua cruda.
f ) S i son recuperados mediante recalcm ación los lodos de calcio genera
dos en la p rim era línea, la cantidad obtenida hace autosuficiente la o -
peración del sistem a en lo referente a l sum inistro de cal requerida.
V A R IA N T E S C O M P L E M E N T A R IA S .
E n form a paralela a las diferentes secuencias experimentales rea liza
das en general sobre los diferentes esquemas y opciones de ablandamiento,
se realizaron una s e n e de análisis prácticos sobre las vanantes especifi
cas a cada uno de ellos. E s tas vanantes fueron las siguientes para todos
y cada uno de los esquemas probados:
1 ) Recirculación de lodos en la prim era linea de procesos.
2 ) Aplicación de coagulantes químicos en la p rim era linea de procesos.
3 ) Recirculación de lodos en la segunda linea de procesos.
4 ) Aplicación de coagulantes químicos en la segunda linea de procesos.
E l esquema seleccionado como óptimo para el ablandamiento de las a -
guas del río Amacuzac, abarca las siguientes variantes-
1 ) Recirculación de lodo en la segunda linea.
2 ) Aplicación de coagulantes químicos en la segunda linea.
Una vez definido el esquema de ablandamiento, que técnicamente p ro - -
poiciona la m ejor alternativa para el ablandamiento de las aguas de rio A -
m ajuzae, ->e suspendió la opciación continua de todas las unidades de t r a - -
3 2
tamiento para proceder a la optimización de cada una de ellas en lo que
se refiere a parám etros de diseño básicos. Estos parámetros son:
1 ) Gradientes y tiempo de retención para las unidades de mezcla rápida.
2 ) Gradientes y tiempo de retención y compartamentización para las um
dades de floculación.
3 ) Cargas hidráulicas superficiales y tiempos de retención para las uni
dades de sedimentación.
Considerando que la prim era linea de procesos tiene como objetivo
prim ordial la prcipitación química de la dureza de calcio, el control para
la determinación de los puntos óptimos fueron las condiciones de calidad
obtenidas únicamente para las concentraciones de la dureza en los efluen
tes de cada unidad particu lar conforme a la secuencia específica descrita
m ás adelante.
E n la segunda linea de procesos, cuyo objetivo dentro del esquema
es la precipitación del magnesio y la remoción de turbiedad, se a g re g a --
ron determinaciones de éste parám etro a las antes mencionadas, para con
tro lar y seleccionar ios puntos óptimos del funcionamiento.
A contuuación se describen bicvem cnte las pruebas icalizadas en ca
Ja una de las unidades y se resumen los resultados obtenidos.
P R IM E R A L IN E A DE PR O C ESO S
Como ya se mencionó, en la prim era linea de procesos se precipita
pnm orJialnv 'n te la dureza de calcio piesentc tanto en la duieza caibonaia
da como en la no carbonatada, debido a esto, se seleccionaron exc lu siva -
33
mente las pruebas de comportamiento químico relacionadas con la dureza
p a ia controlar y seleccionar los valores óptimos de funcionamiento en ca
da una de las unidades.
M E Z C L A RAPIDA
L a unidad de mezcla rápida fué sometida a pruebas con gradientes
entre 500 y 5000 seg” '1' y tiempos de retención entre 15 seg y 15 m in ., - -
lográndose lo anterior con variaciones en el caudal alimentado, el volu—
m e i en la unidad y la potencia del motor de agitación.
L a determinación de eficiencias en esta unidad se reañizó midiendo
los parám etros de dureza después de haber sometido el efluente de m e z
c la rápida a ios procesos de floculación en un aparato de ja rras y s e d i
mentación en el m ism o recipiente donde fué floculado el efluente de la
unidad. Lo s valores asf obtenidos, se muestran en las gráficas de la fig. V -
1 ,. De estas gráficas se determina que
1 ’. - L a variación de los parám etros de control con respecto al tiempo
de retención no muestra las variaciones significativas a partir de
de los 5 m in ., por lo que éste valor se consideró como óptimo pa
ra la unidad de mezcla rápida.
2. - E l gradiente donde se obtienen los m ejores resultados correspon --
den al valor de 500 seg"'*' ya que a valores mayores se provocan
eficiencias menores en lo referente a la dureza obtenida en el - -
efluente.
3 4
T I E M P O D E R E T E N C I O N { M I N )
6 T
Com o puede observarse a partir de las gráficas de la fig. V . 1 .,
la variación de los parám etros funcionales de mezcla rápida no genera
fuertes fluctuaciones en los parám etros de control, por lo que la deter
minación de los puntos de funcionamiento óptimo se reduce a se leccio
na: los valores mínimos para la obtención de una calidad aceptable.
Considerando que el objetivo de la operación de ésta linea, dentro
dei esquema seleccionado, se centra sobre la precipitación de la dure
za de calcio s in rem over el magnesio presente en la dureza. En las -
gráficas de la figura V . 1. puede observarse qué dicho objetivo se lo
gra eficientemente para los valores de operación seleccionados y que -
las variaciones registradas a valores mayores no se desvían del obje
tivo antes mencionado.
F L O C U L ACION
L a unidad de floculación fué sometida a pruebas con tiempos de reten
ción entre 20 y 70 min. y valores del producto adimensional G T entre
20,000 y 250,000, incorporándose además la variante de gradientes de
crecientes en v a n as proporciones. L a s vanantes anteriores fueron lo
gradas mediante La operación con diferentes gastos y paletas con d ife -
rer.tes dimensiones.
L a s eficiencias logradas para cada una de las variantes probadas
fueron medidas tomando una muestra del efluente de la unidad y deján
do lí sedim entar en un recipiente de dos litios Ju u n te media hoia con
35
el propósito de sim ular a escala de laboratorio el proceso de sedimenta
ción en la planta piloto.
Lo s resultados obtenidos durante éstas pruebas se muestran en U s
gráficas de la figura V . 2 ., en las cuales se relacionan los resultados de
calidad con los parám etros funcionales antes anotados.
36
240
o 200
I 6 0
< \ 8 0
DT
g
10 20 3 0 4 0 50 6 0 70
T I E M P O D E R E T E N C I O N ( M I N )
DU
RE
ZA
S
(T,
Mg
, Ca)
C
0C
O3
mg
/l
f¡> T
I.P N. E S 1 Q 1 EF I G No
V2Nombre ,
F L O C U L A C I O N
L I N E A - 1 |
I983 j R M S T E S I S P R O F E S I O N A L !
1. - E l tiempo de retención en la unidad de floculación no es una variante
de im portancia de acuerdo ai objetivo de tratamiento en ésta línea, -
pudiendo decirse que con 40 min. se obtienen resultados satisfactorios.
2. - E l va lor del parám etro adimensional G T que genera m ejores resu lta
dos es de 100,000 ya que a partir de éste punto la dureza total no su
fre m ayores disminuciones.
Con respecto a los gradientes en floculación, fueron probadas dife—
rertes combinaciones decrecientes en el sentido de flujo, además de otras
cor un sólo gradiente en la unidad completa. L o s resultados obtenidos, re
ferentes todos a la calidad química por las razones antes mencionadas,
sor aceptables y con efluentes sim ilares para gradientes decrecientes de •
48, 42 y 34 seg * en el m ejor de los casos, por lo que éste arreg lo es -
el que se considera como óptimo.
A l igual que para la unidad de mezcla rápida no se registran v a r ia
ciones muy notorias en la calidad del agua con los diferentes valores de -
gradientes y tiempo de retención probados, por lo que la selección se rea
lizo considerando los valores mínimos que dieron resultados aceptables - -
cor respecto a los parám etros mencionados.
SED IM EN T A C IO N
L a s pruebas en la unidad de sedimentación se realizaron variando la
ca iga hidráulica superficial y el tiempo de retención, considerando una li
na unidad de sedimentación convencional. L o s valores de éstos parám etros
37
De éstas gráficas se puede concluir que;
que fueron experimentados, variaron entre 20 y 120 m3/m 2/dia y 0 .5 a 3 .0
hoias, lográndose ésto mediante la modificación progresiva del á rea ütil de
sedimentación por medio de movimientos realizados a una m ampara longitu
dinal.
L o s resultados obtenidos durante esta s e n e de pruebas se muestran -
gráficados en la figura V .3 . con respecto a los dos parám etros antes m en --
cionados.
3 8
T I E M P O D E R E T E N C I O N ( H O R A S )
DU
REZ
AS
(T
, Mq
,C
o)
Ca
C0
3
mg
/l
C A R G A H I D R A U L I C A S U P E R F I C I A L ( IT ? / m d io )
I P N E S 1 Q 1 EFIG No
V3Nombra
SEDIMENTACION CONVENCIONAL Ll NEA - 1
1963 R M S TESIS PROFESIONAL
1. - E l tiempo de retención para el que se obtienen los m ejores resultados
es de 2 horas.
2. - L a carga hidráulica superficial ocaciona incrementoes casi directamen
te proporcionales en la dureza total, recomendándose la operación a -
3 240 m /m /día, por proporcionar condiciones aceptables en el efluente
sin se r un valor demasiado conservador.
Inversam ente a lo observado en las unidades de mezcla rápida y flo -
cu lición, la operación de la unidad de sedimentación influye grandemente
sobre la calidad obtenida en el efluente, por lo que se considera éste el -
proceso crítico para la prim era línea de procesos. L a carga hidráulica se
leccionada perm ite la operación adecuada de la unidad sin proporcionar e -
fluentes que reduzcan la eficiencia global del sistem a de tratamiento, por
lo que éste valor debe considerarse como el lím ite m áxim o de operación.
En resumen, los parám etros de diseño para los procesos que se m vo
lucran en la operación de la prim era linea de procesos son los siguientes;
1. - M ezcla rápida :
Gradiente 500 seg ' 1
tiempo de retención 5 min.
2 . - Floculación :
Gradientes : G1 60 seg ’ 1
G2 40 seg ^
G3 19 seg 1
40
De éstas gráficas se puede concluir que •
Tiem po de retención :
G T
3. - Sedimentación :
Tiem po de retención
C arga hidráulica superficial
40 min.
100,000
2 .0 h o ra s3 9
40 m /m /dfa
41
E l objetivo del tratamiento en la segunda línea de procesos, se englo
ba bajo dos rubros principales ;
1. - Precipitación del m agnesio dentro de los pasos de ablandamiento.
2. - Remoción de turbiedad hasts valores aceptables para la operación de -
las unidades de filtración, considerándose como tales valores los meno
res a 10 UN T.
Considerando el objetivo anteriorm ente mencionado, la selección de -
los parám etros de calidad para controlar el efluente, se ampliaron con res
pecto a los determinados en la línea 1 agregando determinaciones de turbie
dao para incluir la influencia de éste último en la selección de ios parám e
tros básicos de diseño para las unidades de m ezcla rápida, floculación y se
dimentación.
M E Z C L A RAPIDA
L a s pruebas en la unidad de mezcla rápida se realizaron con gradien
tes entre 500 y 5000 seg 1 y tiempos de retención entre 15 seg. y 15 min.
al igual que como fué realizado para ésta unidad en la prim era linea de - -
procesos.
Lo s resultados obtenidos se muestran graficados en las figuras V .4 . y
V . 5. para los análisis de control químico y de turbiedad respectivamente.
SEGUNDA LINEA DE PROCESOS
42
5 0 0 0 0 150000 2 5 000 0 35 0 0 0 0 450 Ó00
DU
REZ
AS
(
T,M
q,C<
j )
CaC
O
tag
/(
i
G R A D I E N T E ¡ S E G ' 1)
Il p n .I E S I O I EF I G No
V - 4
N o m b r e
MEZCLA RAPIDA LINEA - 2
1983 R M S TESIS PROFESIONAL
TUR
BIE
DA
D
(UN
T)
TU
RB
IED
AD
(U
NT
)
2 4 6 8 10 12 14 16 18
T I E M P O D E R E T E N C I O N ( M I N )
50 0 0 0 150000 250000 350C00 45000
6 T
500 1000 1500 2000
G R A D I E N T E ( S E G -1)
I . P N . E S I Q I EF I G N o
V-5N o m b r »
MEZCLA RAPIDA
LINEA - 2
1983 R M.S. TESIS PROFESIONAL
1. - E l tiempo de retención mínimo para obtener m ejores resultados en la
precipitación de magnesio es de 8 min, y el tiempo de retención para
lo g ra r la menor turbiedad en el efluente es de 4 min. , aunque se lo
gran condiciones aceptables con un tiempo aún mayor a los 8 min. , -
por lo que se selecciona este valor como óptimo.
2. - Con un gradiente de 1000 seg " 1 se obtienen efluentes con calidad acep
table bajo los criterios de dureza y óptimo bajo el criterio de turbie
dad por lo que este valor es es óptimo para el funcionamiento de ésta
unidad.
3 . - E l valor adimensional GT que dá m ejores resultados es de 500,000.
FLO C U LA C IO N
Al igual que la unidad de floculación en la prim era línea de procesos,
la unidad de la segunda linea fué sometida a pruebas con tiempos de r e
tención entre 20 y 70 min. y valores de G T entre 20,000 y 200,000 y la -
toma y procesamiento de m uestras se efectuó bajo condiciones sim ila res -
a las antes descritas para la prim era línea.
Lo s resultados obtenidos se muestran en las gráficas de las figuras -
V 5 y V . 7.
A paren de éstas gráficas se puede concluir que •
43
5 0 0 0 0 1000)0 150000 200 000 G T
TUR
BIED
AD
(
UN
T)
12
10
B
6
4
2
50000 100 000 150 000 200 000 G T
I.P N. E S 1 0 I EF I G No
\ 7- 6Nombre
F L O C U L A C I O N
L I N E A - 2
1983̂ R M SL
T E S I S P R O F E S I O N A L !
T I E M P O D E R E T E N C I O N ( M I N }
TURBIEDAD
(UNT
)
3 0
25
20
15
-10
5
15 3 0 45 60 75 9 0
T I E M P O D E R E T E N C I O N ( M I N )
I . P N . E S 1 Q 1 EFIG No
V 7N o m b r e '
FLOCULACIONL I N E A - 2
1983 R M , S ,..
TESIS PROFESIONAL |
1. - E l tiempo de retención para el cual se obtienen los m ejores resultado^
es de 40 min.
2. - E l valor de G T que resulta en las m ejores condiciones tomando en cuen
ta los parám etros de turbiedad, es de 100, 000.
Con respecto a los gradientes aplicados en la unidad de floculación, fue
ron probadas diferentes combinaciones de valores decrecientes en el sentido
de flujo, además de otras con un sólo gradiente en la unidad completa. Lo s
resultados para la remoción de turbiedad son los de 59 seg " 1 en la p rim era
cá ria ra , 92 seg ' 1 en la segunda y 17 seg ' 1 en la tercera ; este hecho, au -
naco a que la dureza no presenta variaciones considerables para los diferen
tes gradientes probados, lleva a seleccionar los valores antes mencionados,
como los de diseño.
SED IM EN T A C IO N
L a s pruebas en la unidad de sedimentación se realizaron modificando la
ca ig a hidráulica superficial y el tiempo de retención, considerando dos alter
nativas •
a ) Sedimentación convencional.
b ) Sedimentación de alta tasa incorporando módulos de placas paralelas en -
todo lo largo de la unidad.
L o s resultados obtenidos para éstas pruebas, se muestran graficados -
en las figuras V . 8 \ V . 9 ., íelacionados a los parám etros Je diseño anees -
mencionados.
De las gráficas anteriores se puede concluir ■
44
r
T I E M P O DE R E T E N C I O N ( H O R A S )
I
I
C A R E A H I D R A U L I C A S U P E R F I C I A L ( m 3/ m 2 d l a )
I.R N. E S I Q I EF I G No N o m b r e
V - 0SEDIMENTACION CONVENCIONAL L IN EA - 2
1983 R M SL 1
TESIS PROFESIONAL
TUR
BIE
DA
D
(UN
T)
T I E M P O D E R E T E N C I O N { H O R A S )
TUR
BIED
AD
(
UNT
)
20 40 60 80 100 120
CARGA H I D R A U L I C A S U P E R F I C I A L ( m3/ m d i o )
I.RN. E S I Q I EF I G No
V-8N o m b r e
S E D I M E N T A C I O N ¡
C O N V E N C I O N A LL I N E A - 2
1983 R.M S T E S I S P R O F E S I O N A L i
C A R G A H I D R A U L I C A S U P E R F I C I A L ( m 3/ mZ d i o )
100 2 0 0 300
C A R G A H I D R A U L I C A S U P E R F I C I A L ( m 3/ m 2 d l a )
I P N E S 1(1 1 EF I G No
V-9N o m b r a
SEDIMENTACION DE ALTA TASA LINEA- 2
l9G;ij R M S TESIS PROFESIONAL
T I E M P O DE R E T t N C I O N ( M I N )
10 20 30
T I E M P O D E R E T E N C I O N ( M I N )
E S I Q I EF 16 No
V S
I S 3 3 j R M S
No mb r e
S E D I M E N T A C I O N D E
A L T A T A S A
L I N E A - 2
T E S I S P R O F E S I O N A L
De las gráficas anteriores se puede concluir para las pruebas de sed i
mentación lo siguiente :
1. - E l tiempo de retención que resulta óptimo para las condiciones fijadas -
de turbiedad y dureza es de 1 .5 horas.
2. - L a carga hidráulica superficial que resulta con m ejores condiciones pa-
3 2ra el efluente considerando ambos parám etros, es de 60 m /m /día, - -
aunque se pueden aceptar sobrecargas que incrementen este valor hasta
3 280 m /rr. /día sin a lte ra r notablemente la calidad del efluente.
L a sedimentación de alta tasa puede se r realizada con los siguientes pa
rám etros de diseño :
a ) T iem po de Retención entre 0. 3 y 1.0 horas.
3 2b ) C arga Hidráulica de 230 m /m /día
E n resumen, la segunda línea presenta las siguientes condiciones de - -
funcionamiento óptimo :
M E Z C LA . RAPIDA
Gradiente 1000 seg ' 1
Tiem po de Retención 8 min.
FLO C U LA C IO N
Gradientes
G3
G1
G2
60 seg ' 1
90 seg ' 1
15 seg ' 1
Tiem po de Retención 40 min.
45
SE D IM E N T ACION
Tiem po de Retención : = 0 . 3 5 horas
o oC arga H idráulica Superficial = 230 m /m /dfa
GT = 105
46
De ios eres esquemas presentados en las páginas anteriores, se ha se
leccionado eJ m ostrado en la figura N ° 1 como el que técnicamente propor
ciona la m ejor solución ai problema de potabilización de las aguas que con
duce el río Amacuzac en todos sus aspectos, es decir ablandamiento, c la r i
ficación, remoción de sulfatos, estabilización y cloración.
L o s criterios que llevaron a la selección de este esquema son los s i
guientes :
1. - Flexibilidad de operación que perm ite el tratamiento dividido en diferen
tes épocas del año.
2. - Factibilidad de recuperación de lodos de carbonato de calcio en cantida
des que hacen autosuficiente la operación en lo referente a la cal que -
debe dosificarse.
3. - Optimización del manejo de lodos a l reutilizarsa el 60% de los lodos to
tales generados, evitando su manejo y disposición.
4. - Obtención de un eñuente con calidad dentro de las normas para agua po
table.
Como ventaja adicional, el esquema de tratamiento posee la de poder
a justar la cantidad de los iodos de calcio obtenidos en la prim era linea de
procesos mediante modificaciones sencillas a las dosis de reactivos usados
en ella, ya que disminuyendo la alimentación de cal a la prim era línea, in
variablemente disminuirán ios lodos recupeiables precipitados, sin que e s
to tenga efectos adversos sobre la calidad del efluente poi se r posible equi
lib ra r las cantidades de este reactivo en la segunda Ifnea de procesos.
47
PARAMETROS DE DISEÑO
Además de lo anterior, y s i la alta turbiedad acarreada en época de -
lluvias provoca una fuerte contaminación de los lodos de la prim era línea -
que1 su invertido al sistem a operativo para que en la prim era línea se remue
va la turbiedad en form a conjunta con el magnesio, dejando entonces la p re
cipitación selectiva de lodos de carbonato de calcio para la segunda linea se
gúr. se m uestra en la figura N - 2 ( V II-3 ).
P R IM E R A L IN E A D E PR O CESO S
L a prim era línea de procesos, exclusiva para el ablandamiento parcia l
de las aguas del río Amacuzac y la precipitación de lodos recuperables de -
carbonato de calcio, consta de las unidades de m ezcla rápida, floculación y
secimentación cuyos parám etros de diseño, mostrados en la figura N°- 4 - -
( V I I -4 ) se resumen a continuación :
1. - M ezcla Ripida.
Gradiente : 500 seg ' 1
Tiem po de Retención : 5 minutos
2. - Floculación :
Gradiente •
G1 60 seg ' 1
03
G2
Tiem po de Retención • 40 minutos
GT
4 8
3. - Sedimentación Convencional
Tiem po de Retención:
Carga H idráulica Superficial ;
2 horas
40 m 3/m 2/dfa
E n esta Ifnea serán alimentados a la unidad de m ezcla rápida, ca l y
carbonato de calcio en las siguientes proporciones •
1. - Un porcentaje del total de la ca l que dependerá de la calidad del agua
cruda y de la cantidad de lodos recuperables que se deseen generar.
2. - E l carbonato de sodio necesario para transform ar el total de la dure
za de no carbonatos.
L a s dosis presentadas en la figura N12- 4 ( V II -4 ) coriesponden al - -
reactivo que reaccionó para la calidad del agua cruda ahí mostrada y pue
den se r considerados como valores promedio.
L o anterior da como resultado la precipitación en la unidad de sed i
mentación de 415 mg/l de lodos de carbonato de calcio y un efluente al que
se le hbrá disminuido la dureza de calcio hasta 60 m g/l, conservándose -
prácticam ente toda la dureza de magnesio.
3Considerando un caudal unitario de 1.0 m /seg y los parám etros uni
tarios antes anotados, la opciación d iana de la p n m c ia linca de pioce^os
requerirá 11 toneladas de cal y 16 de carbonato de sodio, generando 30 -
toneladas de lodos de carbonato de calcio equivalentes a 27 toneladas de -
cal apagada. En la figura N - 5 ( VII-5 ) se muestran estas cantidades \
1, , vüluiiKnt'j íe q v iid c x K en cada unidul de tnu am iuuo paia acondicionu
49
el caudal antes anotado.
SEGUNDA. L IN E A D E PR O C ESO S
L a segunda lfnea de procesos, cuyo objetivo es la precipitación del mag
nesio y la remoción de la turbiedad, consta de unidades de mezcla rápida, -
floculación y sedimentación de alta tasa con los parám etros de diseño m os
trados en la figura N - 4 ( V II-4 ) y resumimos a continuación :
1. - M ezcla Rápida
1000 seg
8 minutos
-1
60 seg
40 seg
-1
-1
Gradiente ;
TiBinpo de Retención :
2. - Floculación
Gradientes :
G l
C 2
G3
Tiempo de Retención :
G T
3. • Sedimentación de alta tasa
Tiem po de Retención :
C arga H idráulica Superficial : 230 m °/m ¿/dfa
E n esta lfnea serán alimentados :
1. - E l porcentaje restante de cal, tal que remueva el magnesio hasta va lo
res menores a 30 mg/l.
15 seg
40 minutos
105
0 .35 horas
,3 ,„ 2 ,
50
L o s dos reactivos serán dosificados en la unidad de mezcla rápida.
L a s dosis y eficiencias mostradas en la figura ( V II - 4 ) correspon
den al reactivo que reaccionó y a la calidad del agua ahí anotada, pudiendo
s e r consideradas como valores promedio.
Bajo estas condiciones, en la unidad de sedimentación serán precipita
dos 51 m g/l de lodos de hidrpoxido de magnesio además de les lodos gene
rados por la remoción de turbiedad, siendo obtenido un efluente con 22 - -
m g/l de dureza de magnesio y turbiedades m enores a 10 UNT. Cabe a c la
r a r que debido al exceso de cal que es necesario dosificar para precipitar
el magnesio, la dureza de ca lcio se verá incrementada con respecto a la -
obtenida en el efluente de la prim era lfnea de procesos
OConsiderando un caudal unitario de 1 .0 m /seg y los parám etros unita
ríos antes a.iorados, la operación diaria de ésta segunda lfnea de procesos
requerirá de 11 toneladas de cal y 1.7 de A.I2 ( SO 4 )3 18 H2O generán
dose lodos de m agnesio que requieren manejo y disposición adecuados.
En la figura ( V II - 5 ) se muestran gráficam ente estas cantidades y -
los volúmenes requendos en cada unidad de tratamiento paia el caudal an
tes anotado.
2. - A.l¿ ( SO4 )g • 18 H2O paia la clarificación.
51
De acuerdo a los resaltados obtenidos para las pruebas realizadas, la
operación de cloración resulta aceptable s i es aplicada antes de la segunda
línea de procesos ó después de ella. S i la cloración se efectüa antes de la
segunda línea de procesos, es necesario dosificar 2. 5 mg/l de ácido, en -
tanto que si se realiza después de ella, la cantidad disminuye hasta 2 .0 - -
m g/l.
Considerando que, aunque no significativamente, la prim era alternativa
disminuyó la eficiencia dei proceso en la segunda línea, además de que la -
dosis es mayor, se recomienda rea lizar la cloración después de la segunda
línea de procesos dosificando 2 .0 m g/l de cloro antas de la unidad de re ca r
bonatación y después de la de sedimentación.
EST A B IL IZ A C IO N
L a estabilización del efluente de la segunda lfnea de procesos, necesa
ria debido a l alto potencial de incrustación y elevado pH, Generados a l satu
ra ]- el agua con carbonato de calcio dentro de los procesos de ablandamiento,
se recomienda se realice agregando el C O 2 necesario para obtener un índice
de saturación ligeram ente positivo ( + 0. 2 a +0. 9 ) agregando 0. 3 m g/l de -
polifosfato para secuestrar el calcio y evitar incrustaciones en los medios - -
filtrantes y tuberías de conducción.
L a aseveración anterior es válida tanto para el caso en el que se use -
tratamiento dividido como para el que no se use. E l tratamiento dividido pue
CLD RACION
52
de se r usado derivando hasta el 20% del agua cruda en época de estiaje y
mezclándola con el agua tratada antes de la unidad de recarbonatación. De
esta m anera se dism inuirá considerablemente el uso de C O 2 conservándose
los lim ites en el Indice de saturación antes anotados.
F IL T R A C IO h
Considerando los resultados obtenidos durante la operación de la plan
ta piloto, se recomienda que la unidad de filtración funcione incorporando -
el principio de tasa variable declinante sin el uso de controladores de flujo
y con capacidad de absorver de 2 a 2. 5 m ts.de pérdida de carga, lo cual -
asegurará ca rre ras con duración m ayor de 60 horas.
E l medio filtrante utilizado en la planta piloto fué del tipo mixto, com
puesto con 50 cm. de antracita y 30 cm. de arena. L a granulometrfa y c a
racterísticas de estos m ateriales mostrados en las figuras A y B se pueden
resum ir corro sigue ■
Antracita
Diám etro efectivo 0.79 mm
Coeficiente de uniformidad 1.9
Arena
Diám etro efectivo 0.71 mm
Coeficiente de uniformidad 1.3
2 2L a tasa de filtración recomendada es de 3.4 1/seg-m ( 5 gal/m in-pie )
? 2\ la o p e ia u m J l lavado debeiá c k e ta a i -e a 15 1 ^ g - m - (22 gal m in-pie )
53
lográndose con esto una expansión del 50%, suficiente para rea lizar en 8 mm
un lavado eficiente de la unidad.
E n la figura N 4 4 ( V II-4 ) se muestran gráficam ente los principales pa
ran e tro s de diseño de esta unidad, los cuales han sido utilizados con un gas
3to -initano de 1 .0 m /seg para ca lcu lar el á rea de filtración mostrada en la
figura N - 5 ( V1I-5 ).
IN T ER C A M B IO IONICO
Considerando que los procesos de ablandamiento no remueven los su lfa --
tos contenidos originalm ente en el agua cruda del río Amacuzac y que su con
centración excede los lim ites perm isibles para agua potable, es necesario pa-
s a i una parte del efluente de filtración por una se rie de columnas de intercam
bio iónico empacadas con resina débilmente básica.
De acu-erdo con los resultados experim entales, la resina probada posee -
una capacidad de intercambio de 0. 89 eq/1* de resina y se recomienda sea re
gererada utilizando una dosis de 50 g r/1* de carbonato de sodio a una concen
tración del 4% a una tasa de 0.08 1/min*. L a tasa de operación que durante -
la experimentación probó generar las m ejores eficiencias es de 0 .32 l/ m in -T .
Utilizando los valores anteriores, mostrados en la figura 4, para tratar
3 3un caudal unitario de 1.0 m /seg son necesarios 707 m de resina, la cual -
requerirá diariam ente de 39 toneladas del regenerante anteriorm ente anotado.
Estos últimos datos se muestran en la figura N - 5. Durante las operaciones -
de regeneración serán descargados volúmenes conteniendo de 800 a 3000 me, !
de sulfatos cv promedio, por lo que es necesario preveer un tratam iento y -
54
disposición adecuados para estos efluentes.
* = L it ro de Resina.
55
I ' oial - -127 mg 1 - I ' a 300 mg 1P Via 12“ mg I
Ale = 208 mg/l p H = 8 2 Unid
1 u i b 12 U N I
r *-ti11 •iiii
¡r11
M I /( l \i í \ p m \l 5U0Si-g ------- 1=i i i m i n
l u u i_«. io nI i ^0^y ,G¿-40 s cg 'j G j 15 seg i i 40 m m
REACTIVOSCal = 127 m g/l*ra (O H )2 Soda =189 mg/l
sLDIMEN 1 ACION ” H S =4 ’m 5 / m a I ii
Jirt:
LODOS GENERADOS ¡Calcio = 415 mg/l
- i im u .i po-saI I oí il 170 mg/l i i 50 m í/ l l \m - 111\i 172 mg/l
l> 1 Uiud
T r= 2 h o r a s
RL AC 1 IVOSC a l- i JO mg/l (Ca(Ull h J
A l2(S04)3-18ll20- 2U mg/l
\ i l /'. 1 A rv V IUDA .t lOOOSvg' ------i i h m i n
I CK U i ACION , 60 seg~¿ 40 seg-1, 15 seg
i i 40 m m,-1
ihDIMt N I ACION C h s 2 iUm^/i^tiia
1 r - 0 35 hoias
-Segundo t11 u k AbUndamienro
r LODOS GENFRADOS CalcH>= 1^0 mg/l M g = 51 nig '1
AGUA TRATADA D Totil 87 mg/l D Ca= 65 mg/l D Mg= 22 mg/l Ale - 140 mg '1 p H = ‘ 8 Unid. (1 S =3) 1 urb - t 5UN 1
i U 147 mg l 1 ui 1) 10 UNI I) ( i 125 mg/l SO | >0) mg l
Mg 22 mg/lu 127 mg/l/ Na / O , "JO g l
10 7
n rr
1 s i VB1LIL — ---- *
/ N.C10N
I 11 IRVCIONI i-,a-3 4 l/í>^
R r A c n v o s U O 2R I GEN I RACION
500U mg l
N l l 1<C \MBlO 10N1- c oResina base débil i tb i tí i2 l/min 1
so; 5 a 50 mg/l
I P N . E S I Q I EF IG No [Nombre
| PARAM ETROS DE D1SLNOV S I - 4
Estabilización ( lu ificanón y Remoción de Sulfacos t-1 9 8 3 B I . 1 S T E S I S P R O F E S I O N A L
Q - 1 Ü m /seg. n Ca= 500 mg/l 1) Mu= 127 mg/l VI = 208 m c/1
p H= 8. 2 Unid Tuxb. = 12 UNT
"REACTIVOS-Gal= 10. 9 Ton/dia (Ca(OH)2) Soda= 16. 3 Ton/dia
L (O DOS GENERADOS Calcio= 35.9 ion/üia
ML'-'C LA RAPIDA Vol =3u3ni
FLOCULACION Vol =2400 m3
SEDIMENTACION Vol. =7200 m3 Area= 2160 m2
I) 1 otal= 170 mg/l D Ca= 59 mg/l D Mg= 111 mg/l -\k =172 mg/l Q 1 tí m3/seg.
k _m e z c l a
RAPIDA V ol^480m3
-E n m e r de A blandamiento,p 11= 9.1 Tutb =44UNT
REACTIVOSCal= 11. 2 Ton/dia(Ca(OH)2) o
A 12 (S04)3- 18H20= 1.7 Ton/dia
k¡4-
FLO CULAC IO Í
/ ol =2400 m3 "fe
SEDIMENTACION Vol. = 1260 m
Area= 375 m2
Q 1 0 m /seg D Tocal=147 mg/l D Ca= 125 mg/l D VIg= 22 mg/l A k 127 mg/l
-Sggundo paso de Abland¡miento, p H = 10, 7 Unid. (I.S =3) Turb = 10 UNTSO4 = 300 mg/l
I REACTIVOS: CO„
39̂ Ton/dia
1 S'I ABILI
H 7 ACION
Na2CO«= 39* T 01 RE_GENE RACION 1 SO4 = 3000 mg/l
FILTRACION :n t e r c a m b i o io n i
k c oArea = 295 m-* r Resina base, débil
Vol. =707 m
LODOS GENERADOS Calcio= 12 1 Ton/dia M g = 4 4 Ton/dia
AGUA TRATADA D Total=87 mg/l D .Ca= 65 mg/l D. Mg= 22 mg/l Ale. = 140 mg/l p H= 7. 8 Unid. (I S =0.2) Turb. = 0 5 UNT S03 =5 a ¿0 m&/l
Estabilización, ( larificación y Remoción de Sulfatos
I . P N . E S I Q 1 EF I G No
V I 1-5N o m b r a
PARAM ETROSUNITARIOS
1983 R M S T E S I S P R O F E S I O N A L
E l tratamiento dividido, tratado rápidamente para los procesos de a —
blaidamiento en la sección de estabilización, puede considerarse factible -
p a ia la potabilización de las aguas del rio Amacuzac en des procesos dife
rentes ;
1. - Ablandamiento
2. - Intercam bio Iónico
Dentro del proceso de ablandamiento, los porcentajes de agua cruda -
que pueden evitar s e r tratados para m ezclarse posteriormente que s i pasó
por el proceso, dependen de la concentración de dos parámetros ( Dureza -
de magnesio y turbiedad ) en tanto que para el proceso de intercambio íóm -
meo es sólo la concentración de sulfatos la que interfiere en los porcenta
jes que pueden se r derivados.
En el p rim er caso se considera factible derivar en promedio un 20% -
del agua cruda en época de estiaje cuando la dureza de magnesio se presen
ta ;on valores su_iamente elevados. E s te porcentaje puede ser increm enta
do al aproxim arse la época de avenidas, si además de los procesos ante
rio res se incorpora un tanque de presedimentación con tiempo de retención
entre 2 .0 y 2 .5 horas, ó bien si se invierte la secuencia de precipitación -
de dureza según se indica anteriormente.
En el segundo caso, el porcentaje a derivar alcanza valores m ayores
debido a que la cantidad en que la concentración de sulfatos del agua cruda
exc. ede el lim ite, es pequeña duiante la m ayor parte del año.
TR\TAMIENTO DIVIDIDO
56
Considerando valores extrem os, el porcentaje del agua cruda que puede
pasar sin rec ib ir tratamiento en los procesos de intercambio iónico, varía -
entre 80 y 30% cuando se fije un lím ite de operación de 150 mg/l de sulfa
tes en el efluente de este proceso, se tengan concentraciones en el agua cru
da entre 275 y 500 mg/l y se fije como norma un efluente global con - - - -
250 m g / l, lím ite para agua potable.
57
CAPITULO VI DESCRIPCION DEL EQUIPO EXPERIMENTAL.
L a planta piloto para los estudios de potabilización de las aguas del -
rfo Amacuzac, se localiza en el poblado de X icatlacotla, Municipio de T la l
quitenango, en el Estado de M orelos. L a ubicación de la planta se determi
nó de un análisis y reconocimiento general de la cuenca del bajo Amacuzac
y corresponde a un punto estratégico aguas abajo de las confluencias de los
rfos Yautepec, Apatlaco y Salado. E n el sitio de localización de la planta -
piloto, está instalada y operando desde hace van o s años una estación H idro
m é ir ic a y de monitoreo de la calidad de las aguas del rfo Amacuzac, lo -
que perm itió asegurar que en este punto se encuentran perfectamente m ez
cladas las aportaciones de los efluentes mencionados y la calidad del agua -
es representativa de la situación esperada en la planta de Tratam iento pro
totipo. E l caudal medio aforado en época de estfo en el río amacuzac a la -
altura del poblado de X icatlacotla asciende a 22. 3 m^/seg, el cual se ín cre -
3menta a 23. 8 m /seg, mediante la incorporación del rfo Cuautla.
E l Plano N°- 1 presenta un croquis de localización de la planta Piloto -
en el que se muestra el predio, situado en el margen derecha del rfo, al -
boide de una barranca de cerca de 25 m. de profundidad ; esta condición -
fué la más conveniente para evitar la captación de aguas residuales del pro
pio poblado en la obra de toma, además de las ventajas de accesibilidad, - -
disponibilidad de acometida eléctrica cercana .
58
A continución se presenta una descripción de cada una de las áreas -
implementadas con tos comentarios pertinentes respecto a su funcionamiento.
A R E A D E E X P E R IM EN T A C IO N
Com o se comentó en su oportunidad, el principal objetivo del proceso
de tratamiento de las aguas del rfo Amacuzac es la remoción hasta los lírm
tes perm isibles de los parám etros de calidad relacionados a la dureza, tan
to carbonatada como no carbonatada, de calcio y magnesio. Para lograr esto
a nivel piloto y determ inar en forma prelim inar las necesidades específicas
de tratamiento de las aguas, a s í como las recomendaciones de parámentros
de diseño de una unidad prototipo. L a s instalaciones fueron dotadas de gran
vérsatilidad desde el punto de vista de diagrám as ó esquemas de procesos u
m tarios por probar. E sto s esquemas corresponden a las variantes más reco
mendables ó probadas con m ayor éxito a nivel mundial, del proceso de abUn
damiento por cal - carbonato de sodio en frío.
L a planta piloto se diseñó para un rango de gastos de operación de 0.1
a 1.0 1/seg. Cuenta con unidades piloto de preparación de reactivos quím i
cos, M ezcla Rápida y Floculación mecánicas, Sedimentación convencional ó
con módulos tubulares, Recarbonatación, F iltración a base de lechos empa
cados de grava, arena y antracita, operando bajo el principio de tasa decli
nante e intercambio iónico a base de resinas sintéticas.
E l tren de procesos cuenta con tres líneas sim ilares , las cuales en -
ciones es necesario operar en s e n e ó eventualmente pueden hacci lo en paia
59
lelo. E l diagrama de flujo general de procesos se presenta en el Plano N -2
cor. las unidades y equipo identificados según la variante del proceso bajo -
prueba.
TO M A D E AGUA CRUD A
L a toma de agua cruda se realiza en el rfo Amacuzac en el fondo de -
la barranca, al pie de la cual se ubica la planta Piloto. E sto se hace median
te ana bomba centrífuga de 1 H .P . y una lfnea de conducción de 2 pulg. de -
diámetro. E l m aterial es Politubo. E l gasto de la bomba es de 1. 7 1/seg. y
opera contra una carga de cerca de 20 m etros columna de agua.
E l equipo funciona intermitentemente accionado por un sistem a de e léc -
troniveies en función del nivel de agua en dos tanques elevados con capacidad
de 1100 1 cada uno, localizados en el techo del edificio, de los cuales se s ir
ve directamente la unidad de M ezcla Rápida por gravedad mediante una tube
ría de fie rro galvanizado de 1/2 pulg. de diám etro y válvulas de control de -
gasto. E l caudal descargado en la unidad de ¡Mezcla Rápida es aforado por -
el método de volumen - tiempo.
UN IDAD D E PR EPA R A C IO N Y DOSIFICACION D E R EA C T IV O S
L o s reactivos empleados en relativam ente grandes cantidades, son bási
camente cal apagada ( C a (.OH >2 ), carbonato de sodio ó soda ASH - - - -
( N a2C 0 3 ) y coagulantes químicos, tales como Sulfato de aluminio, A lum i
nara de sodio y PoLielectrolítos. Todos estos compuestos se dosifican en solu
ción ó suspensión acuosa, las cuales son prcpaiadas con los produ jo '- =r 1 -
60
dos y agua tratada de la m ism a planta, para lo que se cuenta con una lfnea
de agua tratada desde dos tinacos elevados de 1100 1 cada uno hasta la m e
sa de m ezcla rápida . Estos reactivos se dosifican mediante bombas de día
fragm a especificas para m anejar soluciones ó suspensiones y gastos del o r
den de 156 1/dfa ( 1 . 8 m l/seg ). L a dosificación de reactivos, aunque es -
continua por el tiempo que dure una s e n e de pruebas, se hace a partir de
Batches de soluciones que se preparan cada 24 horas para asegurar la puré
za de los productos.
Para la cal, que debe mantenerse en suspensión por su baja solubilidad,
se cuenta con un tanque de Asbesto - Cemento de 200 1 de capacidad, bom
ba dosiñeadora de diafragma para suspensiones, agitador mecánico con m o
tor de 1/4 H. P.
M E Z C L A RAPIDA
Esta unidad cuenta con dos recipientes cilindricos de propileno, con -
diám etro de 1 .0 m. y altura de 1 .0 m. , el agua cruda descarga directamen
te a uno de ellos que corresponde a la prim era lfnea de procesos y en 51 -
recibe agitación por medio de un motor e léctrico de 1/8 H P v 1750 r p m
con flecha \ propela de a ce io inoxidable
Dado que los parám etros básicos que ugen el proceso de dispersión de
los reactivos en el seno del agua en proceso de ablandamiento son el gradien
te, el tiempo de retención y el numero adimensional GT, la unidad de m ez
cla íáp iJa es conectada a la Je floculación por medio de sifones Je m in gu e ii
61
flexible, los que descargando a diferentes niveles pueden controlar el volu
men del agua en la unidad de mezcla rápida y consecuentemente ajustar el
tiempo de retención en la unidad a los valores deseados. Los tiempos de
retención probados en la unidad van desde 30 seg. hasta 15 min.; el g r a - -
d ie ite se varia en función del volumen de agua en el tanque
FLO C U LA C IO N
L a unidad de floculación cuenta con tres cám aras sim ilares de tabique
rojo unido con. m ortero y aplanado de cemento interior, estos tres tanques
es Un construidos de tal forma que tienen muros comunes en sus lados de -
m a/or longitud ( plano N - 3 ). L a s dimensiones de las cám aras son de - -
1. 90 x 0. 70 x 0. 65 m. contando además con un compartimiento de homoge-
neización de flujo de 0. 25 x 0. 70 x 0. 65 m. y una celosfa de tabique ; en -
este compartimiento descarga el agua procedente de m ezcla rápida. E l e le
mento m otriz del mecanism o de floculación está constituido por un m otor -
eléctrico de 0 .5 H P , un sistem a reductor de velocidad a base de cadenas
de transm isión y catarinas de acero y una ñecha longitudinal a cada uno de
los floculadores. Sobre la flecha se montó una estructura de ángulos de hie
rro para soportar las paletas de madera que agitan el agua a razón de 4 .1
r p. m. ; estas paletas, con longitud de 53 cm. se distribuyen en tres s e c
ciones del floculador y tienen diferentes anchos con el fin de va ria r el á rea
opiesta al agua y por ende, proporcionar diferentes gradientes de velocidad,
simulándose una compartamentización de la unidad
62
EL motor de 1/2 H .P . s irve simultáneamente a los tres floculadores
L a salida del agua de la unidad de floculación se hace a través de una
canaleta de lámina sin resaltos hidráulicos para evitar el rompimiento de -
los flóculos recién formados y en proceso de hidratadón.
En esta unidad los gradientes aplicados a l agua se varían cambiando -
paletas de agitación con diferentes á reas , y los tiempos de retención a jus
tando el gasto de agua E l rango de tiempos de retención probados, va de
20 a 60 min
SED IM EN T A C IO N
L a canaleta que conduce el agua floculada descarga directamente en -
uno de los compartimientos de la unidad de sedimentación, construida de -
concreto arm ado y con tres cám aras sim ilares de 2 40 x 1 00 x 2. 00 m.
además de una tolva longitudinal a 45° en ambos sentidos desde los extre
mos. E l flujo de agua es conducido en éstas unidades mediante m am páras
de fibra de vidrio, tanto en sentido vertical, como longitudinal. Una de - -
las m ampáras es móvil y con la sección precisa de la unidad, variándose
de esta forma el área superficial activa del sedimentador y por consiguien
te el paiám etro de control relativo a la ca iga hidráulica supcificial. Lo s
valores de esta carga, manejados por estas unidades, van de 20 a 180 -
o om J /m - día. En el fondo de las tolvas se cuenta con tuberías de PVC de
4 pulg de diámetro y válvulas manuales de control para la purga sistem á
tica de lodoc' acumulados
63
Un aspecto importante en la operación de los sedimentadores es la po
sibilidad de instalar módulos de placas paralelas ó tubulares para evaluar -
su efecto en la eficiencia del proceso.
E l efluente del sedimentador es colectado por un vertedor y una canale
ta para pasar a la siguiente operación unitaria.
RECA RBO N A TA CIO N
Lo s tanques de recarbonatación están construidos de tabique y recubier
tos por un aplanado de cemento ; sus dimensiones son 0. 50 x 0. 50 x 0. 70
m. y reciben directamente el agua sedimentada. E n esta unidad se burbujea
C O 2 proveniente de un cilindro presurizado y controlado por un manómetro
c o p el objeto de suprim ir la precipitación posterior de carbonato de calcio,
ya que el Ph del agua es estabilizado.
L a unidad de recarbonatación es asf m ism o utilizada como tanque de -
carga constante a los filtros piloto, mediante un vertedor de demasías ajus-
table a l nivel deseado del tanque. E l agua estabilizada es conducida por un
mCil tiple de PVC a la unidad de filtración.
F IL T R A C IO N
E sta unidad se compone de tres columnas de filtración de 6 pulg. y -
3.00 m. de altura, dos de ellas son de PVC hidráulico y la tercera de acrf
lico c r is ta l ( transparente ) con el fin de observar las peculiaridades de los
procesos de filtración y lavado de lechos Lo s lechos empacados correspon
den a 15 cm de grava, 30 cm de arena síhca v 50 cm de a n f i ic iu u
64
dos estos m ateriales cuentan con una granulometrfa de acuerdo a las espe
cificaciones m ás generalizadas ( m alla de 60 y 100 ).
L a alim entación de agua estabilizada se realiza por la parte superior
del filtro, a 50 cm . del rem ate de la columna y el agua filtrada se condu
ce desde el fondo por una tubería de PVC hasta una cisterna de alm acena
miento, de la cual parte una lfnea conectada a una bomba centrífuga de - -
1/4 H .P . que proporciona la carga requerida para el retrolavado de los - -
filtros. Todas las columnas cuentan con los aditamentos necesarios para -
su operación tales como • valvulas, piezometros para determ inar las p é r
didas de carga a través de los lechos filtrantes, etc.
L a s tasas de operación de los filtros se localizan en un rango de 2 a
O O8 g p m/pie^ y las de retrolavado entre 15 y 30 g p m /pie , lográndose
en las prim eras corridas del orden de 40 horas y con las segundas expan
siones del lecho de cerca del 100%.
IN T ER C A M B IO IONICO
De la cisterna de agua filtrada se extrae un caudal aproximado de - -
3 m l/seg. mediante dos bombas de diafragm a, las cuales alimentan dos de
las tics colim nas disponibles de intercambio iónico empacadas con una t e
sina sintética amónica, débilmente básica, que remueve selectivamente io
nes sulfato ) cloruro La s columnas son tubos de vidrio de 1 pulg de día
m etro ui e n o r y 1 0 m. de largo adosadas en un bastidor de madera , la
alimentación es por la parte supenor al ig ia l que l i idieión di. los l a e
6 5
tivos regenerantes. L a altura del lecho de resina es de 45 cm. sobre una
c a n a de 10 cm. de perlas de vidrio.
LA BO R A T O R IO
L a planta piloto cuenta con las instalaciones y equipo de laboratorio -
necesarias para el control de los procesos bajo estudio. L a s determinacio
nes rutinarias que se efectúan como parte del program a de trabajo, tanto -
en agua cruda como en el efluente de todas las operaciones unitarias y en
las simulaciones de laboratorio ( pruebas de ja rra s ) son : dureza total, -
dureza de calcio, dureza de magnesio, alcalinidad total y parcial, cloruro^,
suLatos, coliform es, turbiedad, pH y temperatura. Pa ra lo anterior se - -
cuenta con IIefelóm etro, Potenciometro, aparato de ja rra s , Incubadora, agí
tador magnético, lineas de gas , etc.
66
CAPITULO VII CONSIDERACIONES ECONOMICAS
G A STO D E R EA C T IV O S
Datos :
Q = 1 I/seg
N a2 C 0 3 = 325 mg/l
Ca ( OH >2 = 400 mg/l
A l2( SO4 )3 '1 8 H20 = 40 mg/l
a). - Gasto de agua a tratar por dfa
Siendo Q = 1 l/seg
Q = 86400 L/día
b). - Cantidad de carbonato de sodio ( N a2 C O 3 )
( 325 mg/l ) ( 1000 t ) = 325000 mg
= 325 g/m 3
( 325 g/m 3 ) ( 86.4 m 3 ) = 28080 g
Gasto de N a2 C O 3
Gasto de N a 2 C O 3
c). - Cantidad de cal ( C a ( OH )2 necesaria
( 400 mg/l ) ( 1000 l ) = 400,000 mg
= 400 g/m 3
( 400 g/m 3 ) ( 86.4 ) = 34560 g
Gasto de Ca ( OH )2
Giislo «Je C j ( Olí )2
necesaria
28.08 kg/ 86.4 m 3
28 08 kg/día
34 56 kg/ 86 4 m
>4 56 di" 1
3
d). - Cantidad de sulfato de aluminio ( A l2 ( SO4 >3 18 H 2O necesaria
( 40 m g/l ) ( 1000 l ) = 40,000 mg
= 40 g/ m3
( 40 g/m 3 ) ( 86.4 m3 ) = 3456 g
Gasto de A l2 ( SO4 )3; 18 H 2O 3.456 kg/86. 4 m 3
Gasto de A l2 ( SO^ )3 '18 H 20 3.456 kg/día
e). - Cantidad de Gas Carbónico ( C 0 2 ) necesario
( 289 mg/l ) ( 1000 1 ) = 289,000 mg
= 289 g/m3
( 289 g/m3 ) ( 86.4 m 3 ) = 24,969 g
Gasto de C 0 2 24,969 g/86.4 m3
Gasto de C 0 2 24. 96 kg/día
f) - Cantidad de C lo ro ( C I2 ) necesario :
( 2. 5 m g/l ) ( 1000 1 ) = 2, 500 mg
= 2. 5 g/m3
( 2. 5 g/m 3 ) ( 86. 4 m 3 ) = 216 g
Gasto de C l2 0 216 kg/86. 4 m 3
Gasto de C I2 0 216 kg/día
g). - Cantidad de carbonato de sodio ( N a2 C O 3 ) como regenerante
( 156 mg/l ) ( 1000 1 ) = 156,000 mg
= 156 g/m3
( 156 g m 3 ) ( 86 4 m 3 ) = 13 478 g
Gasto de N a2 CO^ I 3 478 kg/ cía
68
h). - Consumo de energía de los motores bombas ' agitadores •
Agitadores Consumen
2 motores de 1/8 h’ P 4 .46 kw/día
2 m otorreductores de 1/2 H .P 17.88 kw 'día
2 bombas de 1/4 H P. 8 92 kw/día
1 agitadci de 1/4 H P 4 47 kw/día
3 bombas de 1/3 H P 5 88 kw 'd ía
2 bombas de 1 H P 17 88 kw/dfq
T O T A L 59.49 kw/día
C E = 59 49 kw/día
CO STO S D E R EA C T IV O S
N a 2 C C ,3
C a ( OH )2
A l2( S 0 4)3 18 H 20
C O ¿
41. 55
Cío
KW
x 100 $/kg = 4,155 $
= 34 56 kg x 6 8 $/kg = 235 $
= 3 45 kg x 55 $/kg = 190 $
= 24 96 kg x 40 3 $/kg= 1,051 $
= 142 mi x 3. 46 ?/m l = 492 $
= 59 49 kw \ 10 S kw = 594 S
10 1 VI 6 ,"1 ” S
Costo de 1 m * = 6 717 S t>( 4 m '
3Costo Agua 77. /a $ /m '
69
CAPITULO VIII CONCLUSIONES
De los esquemas mencionados en las páginas anteriores se seleccionó
el mostrado en la figura V III - 1 como el que técnicamente proporciona la
m eior solución a l probljema de potabilización de las aguas del rfo Am acu
zac, en todos sus aspectos, es decir, ablandamiento, clarificación, re m o --
ción de sulfatos, estabilización y cloración.
L o s principales criterios que llevaron a la selección de este esquema
sor ■
1. - Flexibilidad de operación que perm ite el tratamiento dividido en dife
rentes épocas del año.
2. - Factib ilidad de recuperación de lodos de carbonato de calcio en canti
dades que hacen autosuficiente la operación en lo referente a cal que
debe dosificarse.
3. - Optimización del manejo de lodos al reutilizarse el 60% de ios lodos
generados, evitando su manejo y disposición.
4 - Obtención de un eñuente con calidad dentro de las normas para agua -
potable
Com o ventaja adicional, el esquema de tratamiento posee la de poder
ajustar la cantidad de lodos de carbonato de calcio obtenidos en la p rim e
ra línea de procesos mediante modificaciones sencillas a las dosis de reac
tivos usados en ella, ya que disminuyendo la alimentación de cal a la p r i
m era linea, invanablem entc disminuirán los lodos recuperables p re c ip u a --
70
dos, sin que esto tenga adversos sobre la calidad del efluente por se r po
sible equilibrar las cantidades de este reactivo en la segunda línea de pro
cesos
Además de lo anterior, si la alta turbiedad acarreada en época de -
lluvias provcca una fuerte contaminación de los lodos de la prim era lfnea
es posible invertir el sistem a operativo para que en la prim era línea de -
procesos se remueva la turbiedad en forma conjunta con el magnesio, de
jando entonces la precipitación selectiva de lodos de carbonato de calcio -
oara la segunda lfnea de procesos, según se muestra en la figura V IIl-2 .
71
A B L A N D A M I E N T O, D u r e z a t o t a l - 42 7 m g / e ( C a C o )
/ JCaI P 7 m g / I
ic arbonafo- I8 9 m q / I
M R F L O C U l AC ION
+ +C a = 166 mg/ I 4 +Mg - 4 mg/1
S E D I M E N T A C I O N
M R FLOCUl ACION S E D I M E N T A C I O N
! I
L Alumbro = ? O mg / I•* +C a = 56mg /I Mg - 2 I mg/l
I C o l = 13 0 m g / I
- C L A R I F I C A C I O N
S I M B O L O G I A
S e n t i d o f i u j o d e l a g u a
F l u j o p a r c i a l
R o a c t i v o s v p u r g a s
F l u j o p a r e 1 0 !
r, D u r e z a t o t a 1= 170 m g / l (CbC(p^ )
I
C a r b o n a t o = 5 0 g r / I
S 0 4 = 3 g r / I
^ [ e s t
Du r e z a t o t a l sD u r e z a t o t a l = I 4 0 m g / I
{ ccco3)P H ; 110
R E S I N A D E BA S E D E B I L
-- S04=0-50mg/M>
^ T u r b i e d a d -O 50 U N T S04 = 3 00 m g / l
J N T E R C A M B I O J
I O N I C O |
i.P N.I
E S 5 0 í EF 16 No N o m b r e
S E G U N D O E S Q U E M A D E
T R A T A M I E N T O
O P C I O N I
1 9 8 3 R M S ' T E S I S P R O F E S I O N A L
S I M BOLOG I A
E T A L L E
PobladoRioCar re te ra
C am in o trans i tab le en tlampo d t a t e os
L l n t a de e n t r ó l a e léc tr ica
P la n ta P i loto i n a n i i E S I Q I E !Plan#
1
1 C R O Q U I S D E1 L O C A L I Z A C I O N
1983 RMS T E S IS PROFESIONAL I
Reactivos
Agua C rud a
RIO A M A C U ZA C
Agua Tratada Usos duersos
Prepara cion de
R eactivosi
r□
Recarbonataciony
Estabilización
Mezcto Rápida Flocula cionK ------
Sedimentación
___I
S I M B O L O G I A
Sentido del flujo
. Sobrenadante
I■}
Tanque de Agua de
L o a d o
±_
Filtración
I
Tratam ientode
Lodos
Medición Medidor y Tota liza d or^ ----------- Bombeo Conducción de lodo
Conducción de agua
1---1!
r ~tAgua de Lavadoj
Tanque de Agua
Tratada
■Usos diversos en el local
K
— Linea opcional
Drenaje
Lodo» y - al laboratorio
EEEt 1 M H
I9 8 3 IR .M S .
Nom b r a
D IAGRAMA DE BL O Q U E
T E S I S PROFES IONAL]
S I M B o L O S I A
A 9 U A E N P R O C E S O D E A C O N D I C I O N A M I E N T O
C A R B O N A T O D E S O D I O E N S O L U C I O N
ÍIEÑX E S I Q I E jPLANTA P ILO TO PAR A LA P O T A 81L IZ A C I O N D E LAS A S U A S D E L R I O A M A C U Z A C
I983 R N 3 T E S I S P R O F E S IO N A L
BIBLIOGRAFIA
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Ing. Jorge Arboleda CEPIS ( O M.S. )
2. - " Manual de Qufmica Aplicada "
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5. - " Tratamiento de aguas para la Industria y otros usos "
Eskell Nordell6. - " Acondicionamiento de agua para la Industria "
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8. - " Balance Químico del agua y su tratamiento "
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9. - ” Manual del Ingeniero Químico "John H. Perry Tomos I y II
10. Instrumentos para Medición y Control "
W. G. Holzbock
11.-" Análisis de aguas y aguas de deshecho "
C I E C C A72