Facultad de Ingeniera Qumica y Textilrea de Ingeniera Qumica

Industria de los Procesos QumicosPI-318B

Informe N01

Visita a la Atarjea

Alumno : Aguilar Torres , Antonio 20031273 C Condori Machaca, John 20031017 G Jefe de Prctica: Ing. Retegui Romero Warren

2010Planta de tratamiento de aguas del rio Rmac

LA ATARJEA

La Captacin

Se usan para el abastecimiento de agua para lima dos fuentes: agua superficial (80%) y agua de pozo (20%), hablaremos del agua superficial

La Bocatoma es la zona inicial donde comienza la separacin de slidos fsicamente extrables (ramas, animales muertos, materiales plsticos, etc.) a manos del personal. Una bocatoma, o captacin, es una estructura hidrulica destinada a derivar desde unos cursos de agua, ro, arroyo, o canal; o desde un lago; o incluso desde el mar, una parte del agua disponible en esta, para ser utilizada en un fin especfico, como pueden ser abastecimiento de agua potable

Dispone de dos compuertas que son vigiladas por medios electrnicos para evitar el ingreso de aguas con alto grado de turbiedad (no ms de 10 mil UNT)

En ellas se encuentran cilindros en los cuales se analizan pequeas muestras de agua sacadas directamente del rio para saber: Ph, grados de turbiedad, microorganismos, sales y metales pesados presentes por mililitro. Segn los valores obtenidos son capaces de poder saber cunto de cloro, coagulante y floculante ser necesario para el tratamiento

El agua sin materia solida de gran tamao es llevada por conductos que los llevaran a los desarenadores, pero antes se le agregan polmeros para disminuir la turbiedad

TurbiedadLa turbiedad es originada por las partculas en suspensin o coloides (arcillas, limo, tierra finamente dividida, etctera). La turbiedad es causada por las partculas que forman los sistemas coloidales; es decir, aquellas que por su tamao, se encuentran suspendidas y reducen la transparencia del agua en menor o mayor grado.

NEFELOMETROLa medicin de la turbiedad se realiza mediante un turbidmetro o nefelmetro. Las unidades utilizadas son, por lo general, unidades nefelomtricas de turbiedad (UNT).

1 unidad nefelomtrica de turbidez (UNT) = 1 ppm de formazina

- Alta Turbiedad, se presenta durante los meses de lluvia (Diciembre a Marzo), por lo tanto hay una alta concentracin de partculas en suspensin como consecuencia del arrastre de los sedimentos durante el trayecto del ro hacia la bocatoma de la planta.

En esta poca la turbiedad del ro vara de valores superiores de 50 a 50000 NTU, con un valor promedio de 300 UNT (para el ao 2007).

Durante estos meses el caudal del ro tambin es variable; para el presente ao se encontr como caudal mximo 106 m3/s., y un caudal mnimo de 23 m3/s. La calidad fisicoqumica del agua tambin vara en su composicin: mayor cantidad de metales disueltos (plomo, aluminio, hierro); mayor cantidad de compuestos orgnicos, etc.

- Baja Turbiedad, se presenta en los meses de Abril a Noviembre, donde la cantidad de las partculas en suspensin es muy baja y los valores de turbiedad en el ro varan entre 6 a 50 NTU, con valor promedio de 15 NTU. El caudal del ro vara aproximadamente de 18 a 25 m3/s.

Primera dosificacin de Polmero

El agua entrante contiene un alto grado de turbiedad (arriba de 1000 UNT); en este caso se le agregara polmero aninico el cual atrapa en su mayora las partculas en suspensin mediante el efecto puente el cual solo aglutinara a las partculas suspendidas mas no las sales disueltas ya que estas aun conservan su carga coloidal y no ests desestabilizadas.

Las molculas del polmero muy largas contienen grupos qumicos que pueden absorber las partculas coloidales. La molcula de polmero puede as absorber una partcula coloidal en una de sus extremidades, mientras que los otros sitios son libres para absorber otras partculas.

Por eso se dice que las molculas de los polmeros forman el puente entre las partculas coloidales. Esto puede tener una reestabilizacin de la suspensin, por una excesiva carga de polmeros.

Es decir un exceso de polmero nos trae como consecuencia un gasto innecesario ya que la suspensin volver a aparecer y posible pero poco probable problemas o daos en la arena de filtrado si este polmero llegara hasta all ya que aglomerara la arena

En conclusin el agregar polmero aninico (solo en caso de tener arriba de 1000 UNT) en esta fase inicial solo es para facilitar la decantacin por precipitacin en los desarenadores y disminuir la turbiedad rpidamente

Polmeros orgnicos aninicos de sntesis.- Son los ms utilizados y son macromolculas de una gran cadena, obtenidos por asociacin de monmeros sintticos con masa molecular elevada de 106 a 107 gr/mol generalmente copolmeros de la acrilamida y del cido acrlico.

Algunos Polmeros Aninicos

Desarenado

Desarenador Longitudinal

Son pozas pequeas pero largas de aproximadamente 35 metros de longitud en las cuales se produce la separacin por gravedad de slidos pequeos y cada de arenas suspendidas. Son 24 repartidas en 2 grupos de 12Antes de entrar al desarenador existe una seccin que desacelera la corriente y un canal distribuidor para repartir el agua entre las 12 unidades Pre cloracin

Antes de que el agua ingrese al estanque regulador se aplica cloro en cantidad suficiente y durante un tiempo de contacto suficiente para poder disminuir la contaminacin bacteriana de forma drstica

Embalses reguladores

Son enormes almacenes de agua los cuales cumplen dos funciones principales:

Brindar agua en meses de lluvia; como el caudal es muy fuerte y la turbiedad es muy grande, se deja pasar toda el agua cerrando las compuertas de captacin y dejando correr al rio lo cual dejara a la ciudad sin agua durante ese tiempo; pero el embalse se encargara de brindar agua clara y menos contaminada en este tiempo.

Brindar agua en meses de sequia; se uniformiza la produccin tomando agua de estos grandes almacenes

La atarjea posee dos reservas; una de 500 000 m3 de capacidad y la otra de 1 200 000 m3

Dosificacin de Coagulantes

El agua ya sin arenas y sin partculas de gran tamao se encuentra transparente, pero eso no quiere decir que limpia o apta para el consumo; aun es rica en sales y por ende mezclas coloidales, para deshacernos de esto ya que nunca sedimentara ser necesario agregar coagulantes los cuales desestabilizaran la carga que los rodea para as poder acercarse una a la otra y aglomerarse formando grandes grupos los cuales puedan precipitar

Los agente coagulantes usados en la planta de tratamiento de aguas la atarjea son: Al2(SO4)3 y el Fe2(SO4)3 los cuales son usados dependiendo del Ph

Coagulantes Utilizados

Los componentes son productos qumicos que al adicionar al agua son capaces de producir una reaccin qumica con los componentes qumicos del agua, especialmente con la alcalinidad del agua para formar un precipitado voluminoso, muy absorbente, constituido generalmente por el hidrxido metlico del coagulante que se est utilizando.

Los principales coagulantes utilizados para desestabilizar las partculas y producir el floc son:

a) Sulfato de Aluminio.b) Aluminato de Sodio.c) Cloruro de Aluminio.d) Cloruro Frrico.e) Sulfato Frrico.f) Sulfato Ferroso.g) Polielectrolitos (Como ayudantes de floculacin).Siendo los ms utilizados las sales de Aluminio y de Hierro; cuando se adiciona estas sales al agua se producen una serie de reacciones muy complejas donde los productos de hidrlisis son ms eficaces que los iones mismos; estas sales reaccionan con la alcalinidad del agua y producen los hidrxidos de aluminio o hierro que son insolubles y forman los precipitados.

Alcalinidad.- Es un mtodo de anlisis, con el que se determina el contenido de bicarbonatos (HCO3-); carbonatos (CO3-2) e hidrxidos de un agua natural o tratada. La alcalinidad tiene relacin con el Ph del agua

Las principales reacciones de sulfato de aluminio con la alcalinidad del agua son:

Planta de Agua de la Atarjea.

Los siguientes productos qumicos con utilizados como coagulantes:

1.- Sulfato de Aluminio en Solucin al 8% (Sal de Aluminio).

- Frmula Qumica : Al2(SO4)3- Color : Pardo Amarillento.- Concentracin de Oxido de Aluminio : 7.9 a 8.3 como % Al2O3.- Basicidad (% Al2O3 libre) : No mayor de 0.2- Acidez (% Al2O3 libre) : No mayor de 0.2- Fierro Total (% Fe2O3) : No mayor de 0.35- Residuo Insoluble (%) : No mayor de 1%- Densidad : 1.3 a 1.35 g/cc.

Se abastece a la planta en tanques cisternas de 30 toneladas de capacidad.2.- Sulfato de Aluminio Granulado Tipo B. (Sal de Aluminio).

- Frmula Qumica : Al2(SO4)3.18H2O- Color : Pardo Amarillento.- Concentracin de Oxido de Aluminio : 15.6 a 17 como % Al2O3.- Basicidad (% Al2O3 libre) : No mayor de 0.5- Acidez (% Al2O3 libre) : No mayor de 0.3- Fierro Total (% Fe2O3) : No mayor de 0.75- Residuo Insoluble (%) : No mayor de 2%- Tamao : No menor del 95% pase por la malla 10 Standard. El 100% pase la malla de 4 hilos/pulg. No ms del 25% pase la malla de 35 hilos/pulg.

Se recepciona en bolsas multipliego de 50 kg. De peso.3.- Cloruro Frrico al 40% (Sal de Hierro).

- Frmula Qumica : FeCl3- Color : Pardo Oscuro.- Concentracin de Cloruro Frrico : 38 a 45% como % FeCl3.- Concentracin de Cloruro Ferroso : No mayor de 0.5% como FeCl2- Acidez Libre (% HCl) : No mayor de 0.5- Contenido de Metales Totales : No mayor de 0.01%- Residuo Insoluble (%) : No mayor de 0.5%- Densidad : 1.4 a 1.45 g/cc.

Para sales de aluminio el rango de pH para la coagulacin es de 6.5 a 8.0 y para las sales de hierro, el rango de pH ptimo es de 5.5 a 8.5 unidades.

Caso Ro Rmac.- El pH del ro vara entre 7.5 a 8.2 unidades y el agua de entrada a las plantas tiene un pH promedio 7.3 a 7.8 unidades.

La cantidad del coagulante a utilizar tiene influencia directa en la eficiencia de la coagulacin, as: Poca cantidad del coagulante, no neutraliza totalmente la carga de la partcula, la formacin de los microflculos es muy escasa, por lo tanto la turbiedad residual es elevada. Alta cantidad de coagulante produce la inversin de la carga de la partcula, conduce a la formacin de gran cantidad de microflculos con tamaos muy pequeos cuyas velocidades de sedimentacin muy bajas, por lo tanto la turbiedad residual es igualmente elevada. La seleccin del coagulante y la cantidad ptima de aplicacin; se determina mediante los ensayos de pruebas de jarra.La seleccin del coagulante y la dosis juegan un rol muy importante sobre :

- La buena o mala calidad del agua clarificada.- El buen o mal funcionamiento de los decantadores.

Por ejemplo : en el siguiente cuadro se observa para Turbiedad inicial de To = 20 NTU, los valores de dosis de coagulantes son diferentes para los diferentes valores de pH y alcalinidad.

Etapas y tipos de Coagulacin

El proceso de coagulacin se desarrolla en un tiempo muy corto (casi instantneo), en el que se presenta las siguientes etapas. (Fig. 12)

- Hidrlisis de los coagulantes y desestabilizacin de las partculas en suspensin.- Formacin de Compuestos qumicos polimricos.- Adsorcin de cadenas polimricas por los coloides.- Adsorcin mutua de coloides.- Accin de barrido.

Se presentan dos tipos bsicos de coagulacin: Por Adsorcin y Por Barrido.a) Coagulacin Por Adsorcin.- Se presenta cuando el agua presenta una alta concentracin de partculas al estado coloidal; cuando el coagulante es adicionado al agua turbia los productos solubles de los coagulantes son absorbidas por los coloides y forman los flculos en forma casi instantnea.

b) Coagulacin por Barrido.- Este tipo de coagulacin se presenta cuando el agua es clara (presenta baja turbiedad) y la cantidad de partculas coloides es pequea; en este caso las partculas son entrampadas al producirse una sobresaturacin de precipitado de sulfato de aluminio o cloruro frrico.

En las Plantas de agua de la Atarjea, durante los meses de alta turbiedad; el proceso de coagulacin que se realiza, es por adsorcin, debido a la alta concentracin de partculas coloidales, expresados en como valores de turbiedad, que normalmente se encuentren en el rango de 200 a 600 NTU a la entrada de las plantas.

Siendo el coagulante adecuado el cloruro frrico por la alta eficiencia que tiene en la reduccin de la turbiedad; la dosis empleada de este coagulante son funcin de la turbiedad y varan de 18 a 26 p.p.m.

Durante la poca de baja turbiedad (9 meses), la turbiedad de entrada a las plantas es de 6 a 50 NTU, por lo que la coagulacin que se presenta es del tipo barrido, siendo el coagulante utilizado el sulfato de aluminio solucin.

Se adjuntan los grficos de dosis ptima con respecto a la variacin de la turbiedad, de estos coagulantes.

Clasificacin del Agua Segn su Comportamiento en la Coagulacin.

FLOCULACIN.

La floculacin es el proceso que sigue a la coagulacin, que consiste en la agitacin de la masa coagulada que sirve para permitir el crecimiento y aglomeracin de los flculos recin formados con la finalidad de aumentar el tamao y peso necesarios para sedimentar con facilidad.Estos flculos inicialmente pequeos, crean al juntarse aglomerados mayores que son capaces de sedimentar.

Floculacin : El floculante tiende un puenteentre las partculas coloidales aglomeradaspara formar flculos mas grandes fcilmenteSedimentables.

En la segunda etapa de la mezcla que corresponde a una mezcla lenta tiene por objeto permitir los contactos entre los flculos, la turbiedad y el color, la mezcla debe ser lo suficiente para crear diferencias de velocidad del agua dentro de la unidad pero no muy grande, ya que los flculos corren el riesgo de romperse; an si el tiempo es no ms del tiempo ptimo de floculacin.

Floculantes

Los floculantes son polmeros o polielectrolitos con pesos moleculares muy elevados molculas orgnicas solubles en agua formadas por bloques denominados monmeros, repetidos en cadenas larga.

Estos floculantes pueden ser de naturaleza : mineral, orgnico natural y orgnico de sntesis.

a) Floculantes Minerales.- Se encuentra la slice activada, que es el primer floculante empleado, que debe ser preparado antes de emplear, su preparacin es tan delicada y presenta el riesgo de la gelatinizacin; produce la neutralizacin parcial de la alcalinidad de silicato de sodio en solucin. (Caso Atarjea en los aos 70 80, se utiliz en el tratamiento de agua).

b) Floculantes Orgnicos Naturales.- Son polmeros naturales extrados de sustancias animales o vegetales.Los alginatos, cuya estructura polimrica son: Los cidos manurnicos y. Los cidos glucnico.c) Floculantes Orgnicos de Sntesis.- Son los ms utilizados y son macromolculas de una gran cadena, obtenidos por asociacin de monmeros sintticos con masa molecular elevada de 106 a 107 gr/mol, estos se clasifican de acuerdo a la ionicidad de los polmeros:- Aninicos (generalmente copolmeros de la acrilamida y del cido acrlico).- Neutros o no inicos (poliacrilamidas).- Catinicos (copolmero de acrilamidas + un monmero Catinico).

Desde los aos 80 en la planta de la atarjea se vienen utilizando polmeros:

- Aninico, en la etapa de pretratamiento (desarenadores) para la reduccin de la alta turbiedad presente durante los meses de verano. La dosis que se emplea flucta entre 0.3 a 0.8 p.p.m., siendo la cantidad mxima a emplear igual a 1.0 p.p.m.

- Catinico, utilizado como floculante en las unidades de Decantador de Manto de Lodos en dosis de 0.15 a 0.25 p.p.m., esta dosificacin se realiza con la finalidad de mejorar la separacin de los flculos.

Decantacin

Los decantadores son unidades muy importantes, el agua ingresa por el fondo a los decantadores del tipo pulsantes de manto de lodo, siendo el flujo vertical ascendente filtrndose el agua atraves del manto de lodo que es mantenido en suspensin por las pulsaciones intermitentes del agua al salir a chorro desde abajo; esta suspensin del manto de lodo permitir retener grumos pesados y voluminosos as como el floc desestabilizado

Unidad de manto de lodos pulsante o de vacoEste tipo de unidades consiste esencialmente en un tanque cuadrado o circular, en cuyo centro se coloca una campana o cpsula de vaco, en la cual peridicamente se disminuye la presin interna con una bomba especial, de modo que el agua ascienda por la campana hasta un cierto nivel y luego se descargue en el tanque y se produzca la expansin de los lodos y se vote el exceso de estos a los concentradores. Esta peridica expansin y contraccin del manto se usa para homogeneizarlo. Se evitan las grietas o canales que permiten el paso directo de la turbiedad y la sedimentacin de las partculas ms pesadas en el fondo de la unidad.

El sistema requiere, por lo tanto, dos tiempos (figura 7-27). En el primero, la vlvula de aire V se encuentra cerrada.

El flujo asciende por la campana A, mientras que el agua en el decantador D permanece en reposo, de manera que puede decantar.

En el segundo tiempo, al alcanzar el agua el nivel S en la campana, la vlvula de aire V se abre y el agua de la campana penetra en el decantador D.

Entonces, los lodos se elevan con el flujo y el exceso penetra en el concentrador C.

El agua decantada se recoge en E. Cuando el flujo alcanza el nivel I en la campana A, se cierra la vlvula V.

Los fangos depositados en el concentrador se extraen automticamente por medio de vlvulas F.

LA CLORACIN

El cloro, oxidante poderoso, es, sin duda alguna, el desinfectante ms importante que existe, debido a que rene todas las ventajas requeridas, incluyendo su fcil dosificacin y costo conveniente. Sin embargo, presenta algunas desventajas:

a) Es muy corrosivo.b) Puede producir sabor desagradable en el agua, incluso en concentraciones que no significan riesgo para el consumidor.c) Su manejo y almacenamiento requiere ciertas normas de seguridad, para evitar riesgos en la salud de los operadores.

El cloro, en condiciones normales de presin y temperatura, es un gas verde, dos y media veces ms pesado que el aire.Algunas de sus sales tambin tienen poder desinfectante. Las ms usadas son el hipoclorito de calcio y el hipoclorito de sodio, cuya eficiencia bactericida es idntica a la del cloro y que producen reacciones similares en el agua. Se emplean en plantas pequeas, piscinas y pozos, pues los hipocloradores son ms sencillos y econmicos.

En trminos generales, el costo del hipoclorito es ms alto que el de la cloracin con cloro gaseoso, pero en lugares donde no se pueden transportar cilindros de cloro o en situaciones de emergencia es la nica alternativa posible.

Caractersticas del cloro como desinfectante

a) Destruye los organismos patgenos del agua en condiciones ambientales y en un tiempo corto.b) Es de fcil aplicacin, manejo sencillo y bajo costo.c) La determinacin de su concentracin en el agua es sencilla y de bajo costo.d) En las dosis utilizadas en la desinfeccin de las aguas, no constituye riesgo para el hombre ni para los animales.e) Deja un efecto residual que protege el agua de una posterior contaminacin en la red de distribucin.

Comportamiento del cloro en el agua

El cloro disuelto en el agua se disocia de acuerdo con las siguientes ecuaciones:

A pH mayores de 4, las especies predominantes son el HOCl (cido hipocloroso) y OCl- (ion hipoclorito). Ms an, el porcentaje de cloro presente como HOCl depende fuertemente del pH, ya que este es un cido dbil

Reacciones del cloro en el agua

El cloro, al entrar en contacto con el agua, reacciona formando el cido hipocloroso (HOCl) y el cido clorhdrico (HCl) segn la siguiente reaccin:

El cido hipocloroso (HOCl) y el ion hipoclorito (OCl-) forman el denominado cloro activo libre.

Por su naturaleza, el HOCl es el desinfectante por excelencia y su poder es mucho mayor que el del ion hipoclorito (OCl-). Para efectos prcticos, este ltimo no es considerado como desinfectante.

Cuando el pH es menor de 4, el cloro est en forma de cloro molecular. A pH 5,0 y 6,0, el cloro existente est bajo la forma de cido hipocloroso. Por encima de pH 6,0, hay iones hipoclorito, los cuales predominan cuando el pH supera el pH 7,5. Debido a esto, se comprueba que la desinfeccin por cloracin del agua es ptima cuando el pH es bajo.

Debido a este comportamiento, al agregarse cloro al agua, tambin se reduce la alcalinidad. As, una parte por milln de cloro en el agua neutralizar no menos de 0,7 ppm de alcalinidad como carbonato de calcio y puede neutralizar hasta 1,4 ppm de carbonato, lo que depende del grado de ionizacin del cido hipocloroso y el grado en el que el cloro sea consumido por reacciones con otras sustancias existentes en el agua.

Reacciones del cloro con el amoniacoUno de los componentes frecuentes del agua es el amoniaco. Cuando se agrega cloro al agua que lo contiene, se producen las siguientes reacciones:

I. Formacin de monocloraminas (NH2Cl):

Cuando se agrega ms cloro que el requerido para convertir completamente el amoniaco en monocloraminas, se produce la segunda reaccin.II. Formacin y oxidacin de dicloraminas (NHCl2)

Las dicloraminas formadas no son estables y se descomponen de acuerdo con la ecuacin Esto significa que el ion NH4+ es oxidado por el cloro a N2.A la ecuacin completa resultante de la suma de estas ecuaciones parciales se la conoce como reaccin al punto de quiebre.Cuando se agrega cloro en exceso, se forma la tricloramina, de sabor amargo y, por tanto, no deseable en el agua:

Reacciones del cloro con otros componentes del aguaEl cloro tambin reacciona con otros componentes del agua como sustancias orgnicas proteicas, aminocidos, etctera. Tambin lo hace con otras sustancias qumicas (Fe, Mn, NO2, H2S). Con cada una de ellas genera distintos compuestos que no tienen ninguna relacin con la desinfeccin. Por esta razn, al cloro gastado en estas reacciones se le conoce con el nombre de demanda de cloro.

Clculo de la cantidad de cloro activo de acuerdo con las especies usadasMediante clculos qumicos simples a partir de la ecuacin respectiva, es posible determinar la cantidad de cloro activo en cada caso.