Diseño de Una Planta de Tratamiento de Aguas Ácidas

Universidad Nacional Federico

Villareal

Curso: Contaminación minera y de hidrocarburos

Profesor: Ing. Julio César Minga

Integrantes:

Amachel Carrillo, Gerardo

Calle Escalnte, Cindy

Delgado Berdillana, Ricardo

Mellado Delgado , Gabriela

Diseño de una planta de tratamiento de aguas ácidas

Diseño de una planta de tratamiento de aguas ácidas 2015

2

Índice

1 Caracterización del efluente ......................................................................................... 3

2 Caudal del Afluente....................................................................................................... 4

3 Criterios de Descarga .................................................................................................... 4

3.1 Monitoreo de Efluentes ...................................................................................................... 5

3.1.1 Puntos de Monitoreo de Efluentes a la Salida del STARI (antes de la recirculación del

efluente) 5

3.1.2 Parámetros analizados ................................................................................................ 6

3.2 Resultados ........................................................................................................................... 6

3.3 Evaluación de Resultados .................................................................................................... 8

4 Criterios de Diseño ........................................................................................................ 8

5 Descripción de la Planta de Tratamiento HDS ......................................................... 11

5.1 Tratamiento de agua de mina del Proyecto Minero Tambomayo ..................................... 11

5.1.1 Fuentes de aguas ácidas ............................................................................................. 12

5.1.2 Proceso de tratamiento de aguas ácidas .................................................................... 12

5.1.3 Tanque reactor ........................................................................................................... 12

5.1.4 Clarificador................................................................................................................ 13

5.1.5 Poza de almacenamiento ........................................................................................... 13

6 Componentes: .............................................................................................................. 14

7 Pozas de Lodos............................................................................................................. 15

8 Infraestructura de la Planta de Tratamiento ........................................................... 16

9 Reactivos ...................................................................................................................... 17

10 Cierre de Planta ........................................................................................................... 17

Índice de tablas

1 Características del Efluente a Tratar Tomadas para el Diseño………………..3

2 Criterio de Descarga para la Planta de Tratamiento de las Aguas

ácidas de la mina Tambomayo……………………………………………………4

3 Criterios de Diseño de la Planta de Tratamiento de aguas

ácidas – Mina Tambomayo………………………………………………………8


3

DISEÑO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS ÁCIDAS

DE LA MINA TAMBOMAYO

1 Caracterización del efluente

La caracterización del efluente a tratar es relevante para la determinación de la

capacidad de los equipos y del área de almacenamiento del lodo. De la misma

manera es necesario caracterizar el efluente a tratar para efectuar el diseño de la

planta de tratamiento. La caracterización del efluente muestra que es ácido y

contiene altas concentraciones de metales, particularmente hierro (Fe), zinc (Zn),

cobre (Cu), manganeso (Mn) y aluminio (Al) y arsénico (As). El hierro y el

arsénico se encuentran predominantemente en forma de partículas mientras que

los otros metales se encuentran en solución (Tabla 1).

Tabla 1

Características del Efluente a Tratar Tomadas para el Diseño

Unidades Total Valor Disuelto

pH 3.5 -

Total de Sólidos

Suspendidos (TSS) mg/L 150 -

Sulfato mg/L 1,650 -

Metales

Aluminio (Al) mg/L 4.3 3.5

Arsénico (As) mg/L 0.75 <0.03

Cadmio (Cd) mg/L 0.08 0.05

Cobre (Cu) mg/L 4.3 4.3

Hierro (Fe) mg/L 83 1.61

Plomo (Pb) mg/L <0.05 <0.05

Manganeso (Mn) mg/L 38 38

Zinc (Zn) mg/L 42 42


4

2 Caudal del Afluente

Se ha establecido que el caudal de diseño para la planta de tratamiento es de

2349.76 m3/día , 97.91 m3/h, (27.19 L/s)

3 Criterios de Descarga

La planta de tratamiento ha sido diseñada para que el efluente cumpla con los

criterios establecidos por la legislación nacional vigente y con los criterios

internacionales, cuando no se cuente con valores de referencia (Tabla 2).

Tabla 2

Criterio de Descarga para la Planta de Tratamiento de las Aguas ácidas de la

mina Tambomayo

Parámetros Unidades

Legislación Nacional

Criterios de descarga

aprobados para la

planta de tratamiento

de aguas ácidas

Tambomayo

Ley General

de Aguas 1 MEM 2 Máximo Promedio

pH u.e. - 6 – 9 6 – 9 6 – 9

Sólidos

Totales en

Suspensión

(STS)

mg/L - 25 25 15

Aluminio

(Al) mg/L - - 2* 1.5*

Arsénico

(As) mg/L 0.2* 0.5** 0.1* 0.05*

Cadmio (Cd) mg/L 0.05* - 0.05* 0.005*

Cobre (Cu) mg/L 0.5* 0.3** 0.3* 0.3*

Hierro (Fe) mg/L - 1** 3.5* 2*

Plomo (Pb) mg/L 0.1* 0.2** 0.05* 0.05*

Manganeso

(Mn) mg/L - - 4.5* 3*

Zinc (Zn) mg/L 25* 1** 2* 1*


5

1Ley General de Aguas, Decreto Ley 17752 – D.S.261-68-AP, Clase III

2Límites Máximos Permisibles para Efluentes de las Actividades Minero Metalúrgicas – R.M. 011-96-

EM/VMM

* Metales Totales

** Metales Disueltos

3.1 Monitoreo de Efluentes

3.1.1 Puntos de Monitoreo de Efluentes a la Salida del STARI (antes de la recirculación

del efluente)

Actualmente, el proyecto Tambomayo, no emite efluentes al cuerpo receptor, porque todo

el efluente generado es re circulado al proceso. Sin embargo, se está contemplando el

análisis del efluente antes de su recirculación, para ello se ha establecido un punto de

control interno (EF-1) a la salida del Sistema de Tratamiento de Agua Residual Industrial

(STARI). Para su designación se ha tenido en cuenta lo establecido por el D.S. Nº 010-

2010-MINAM. Este punto de control interno (EM-1) ha sido monitoreado en época seca y

época húmeda.


6

3.1.2 Parámetros analizados

Los análisis para el efluente minero comprendieron los parámetros establecidos en los

Límites Máximos Permisibles (LMP) para la descarga de efluentes líquidos de Actividades

Minero – Metalúrgicas, según D.S.Nº010-2010-MINAM, así como los establecidos en los

Estándares Nacionales de Calidad Ambiental para Agua, Categoría 3 (Riego de vegetales y

Bebidas de animales), D.S.Nº002-2008-MINAM.

3.2 Resultados

Los cuadros con los resultados de los análisis fisicoquímicos y microbiológicos para las

épocas húmeda y seca, así como los informes de ensayo de laboratorio son presentados en

el Anexo 4.2.2.


7

Resultados del Análisis del Efluente minero


8

3.3 Evaluación de Resultados

Los resultados indican que los parámetros fisicoquímicos evaluados en el efluente minero

EM-1 (que es re circulado para su uso en operaciones mineras), tanto en la época seca

como en la época húmeda, presentan valores por debajo de los límites máximos permisibles

para efluentes minero metalúrgicos, establecidos en el D.S. Nº010-2010 MINAM, por lo

que cumple con la normativ

4 Criterios de Diseño

Los criterios de diseño son la base para efectuar el diseño de la planta de

tratamiento y son utilizados para efectuar el dimensionamiento de los principales

componentes de la planta. Los criterios de diseño de la planta de tratamiento de

aguas ácidas de la mina Tambomayo se resumen en la Tabla:

Tabla 3

Criterios de Diseño de la Planta de Tratamiento de aguas ácidas – Mina Tambomayo

Parámetro Unidades Condiciones

de diseño

Condiciones de

operación

promedio

Condiciones

de flujo

mínimo

Caudal de diseño m3/h 97.91 3960 3024

Factor de capacidad

hidráulica máximo - 1.2 - -

Coeficiente de rechazo - 0.6 - -

Caudal máximo m3/h 120.6 - -

Caudal mínimo m3/h 3024 - -

Número de reactores - 2 - -

Capacidad del tanque

reactor M3 1260 - -

Tiempo de residencia por

tanque min. 15 19 25


9

Clarificador

Tasa de rebose del

clarificador m/h 1.2 0.94 0.72

Diámetro del clarificador M 73 73 73

Altura del cilindro M 3 - -

Volumen del clarificador

(altura = pared del

cilindro)

M3 12600 - -

Tiempo de residencia del

clarificador H 2.5 - -

Tasa de recirculación de

masa (de diseño) - 20 20 20

Porcentaje mínimo de

sólidos en el lodo % 15 15 15

Porcentaje máximo de

sólidos en el lodo % 25 25 25

Caudal de diseño para

recirculación de lodos m3/h 176 139 106

Caudal de recirculación de

lodos para Mín. % de

sólidos

m3/h 294 231 176

Caudal de recirculación de

lodos para Máx. % de

sólidos

m3/h 176 139 106

Cal

Dosificación de Ca(OH)2 g/L 0.25 0.15 0.15

Dosificación teórica de

cal viva CaO g/L 0.19 0.11 0.11

CaO disponible % 85 85 85

Eficiencia de utilización % 92 92 92

Dosificación de cal viva

CaO de diseño g/L 0.24 0.15 0.15

Consumo de cal viva CaO de

diseño

t/h 1.2 0.6 0.4

t/día 29.3 13.8 10.5

Concentración de la

solución de lechada de cal % 15 15 15

Consumo másico de lechada

de cal

t/h de

lechada de

cal

8.1 3.8 2.9

Gravedad específica (GE)

de partículas de cal - 2.2 2.2 2.2

GE de la lechada de cal - 1.089 1.089 1.089

Caudal de lechada de cal a

utilizar m3/h 7 4 3


10

Parámetro Unidades Condiciones

Condiciones de

operación

promedio

Condiciones

de flujo

mínimo

Tiempo de almacenamiento de la

lechada de cal H 12 25 33

Volumen del tanque de

almacenamiento de lechada de cal M3 90 90 90

Floculante

Dosificación de floculante Mg/L 3 2 2

Consumo de floculante Kg/h 15.1 7.9 6

kg/día 363 190 145

Concentración de la solución de

floculante primaria % 0.3 0.3 0.3

Tasa de alimentación de la

solución floculante primaria L/min 84 44 34

Concentración del floculante

diluido % 0.05 0.05 0.05

Agua para dilución del floculante L/min 504 264 202

Producción de Lodo

Tasa de producción de lodo g/L 0.5 0.5 0.5

Producción de lodo – peso seco t/día 60 48 39

t/h 2.5 2 1.5

Porcentaje de sólidos en el lodo

(mínimo) %m/%m 15 15 15

Porcentaje de sólidos en el lodo

(de diseño) %

25 25 25

Porcentaje final de sólidos en el

lodo (deposito final) - 45 -

Producción de lodo – peso seco @

15% de sólidos t/día 403 317 242

GE de los sólidos presentes en el

lodo - 2 - -

GE del Lodo (lodo + agua) - 1.08 - -

Tasa de disposición de lodos @

15% de sólidos m

3/día 373 293 224


25% de sólidos t/día 242 190 145

GE del Lodo (lodo + agua) - 1.143 1.143 1.143

Tasa de disposición de lodos @

25% de sólidos m

3/día 212 166 127


45% de sólidos t/día - 106 -

GE del Lodo (lodo + agua) - - 1.29 -

Producción Anual de Lodos @ 45%

de sólidos m3 - 29,872 -


11

5 Descripción de la Planta de Tratamiento HDS

El diseño del proceso seleccionado para la planta de tratamiento de aguas ácidas

de la mina Tambomayo, es el de lodos de alta densidad (HDS). La base de este

proceso es la adición de cal a lodos recirculados al inicio del sistema (tanque de

mezcla de cal/lodosLodos/Cal). La finalidad es incrementar el pH es proveer las

condiciones necesarias para la densificación del lodo, convirtiéndolo en un

material denso, granular, de libre drenaje con una viscosidad relativamente baja,

llevándose a cabo las reacciones de neutralización, oxidación y precipitación; lo

cual se produce en los tanques reactores.

El rebose de los tanques reactores es transportado hacia un Clarificador donde se

efectúa la separación de sólidos (lodos precipitados). Se adiciona un floculante

diluido para flocular los sólidos suspendidos y producir aglomerados que

sedimentan en el Clarificador, generando un rebose clarificado. El exceso de lodos

precipitados del Clarificador es bombeado, a las pozas de lodos para su desagüe,

secado y posterior disposición final fuera del área de la planta.

5.1 Tratamiento de agua de mina del Proyecto Minero Tambomayo

Las aguas acidas en la mina son generadas debido a la oxidación química de los minerales

sulfurados contenidos en las rocas cuando son expuestos a la acción del agua y del aire, y

en muchos casos esta oxidación es acelerada por la acción de bacterias. La presencia de

lluvias ocasionada un contacto del agua con zonas mineralizadas, ocasionando la alteración

de ciertos minerales generándose acides (formación de aguas acidas), ya que reaccionan los

sulfuros el aguas y el oxígeno.


12

En el Estudio de impacto ambiental del proyecto minero Tambomayo presentado por la

Compañía de Minas Buenaventura S.A.A. se menciona el tratamiento de las aguas acidas

generadas durante el proceso minero.

5.1.1 Fuentes de aguas ácidas

Las aguas acidas provendrán de dos zonas: agua de mina y del depósito del material estéril.

Las aguas que se infiltren en el depósito de material estéril serán captadas mediante un

sistema de subdrenaje emplazado en el fondo del depósito el cual ira apoyado sobre la capa

de protección de la geomembrana de impermeabilización. Estas aguas captadas de la

infiltración serán trasladadas a la poza colectora de filtraciones que se encontrara en la parte

baja del depósito del material estéril. Estas aguas serán derivadas por gravedad a la planta

de tratamiento de aguas acidas.

5.1.2 Proceso de tratamiento de aguas ácidas

El agua de mina tipo A y B (provenientes de canaletas y bombas) procedente del proceso de

la actividad minera ingresará al tratamiento de aguas ácidas. Estas aguas serán colocadas en

pozas para ser distribuidas a los procesos de tratamiento.

5.1.3 Tanque reactor

Se contará con dos tanques reactor donde se llevará a cabo la neutralización con la adición

de cal, con la finalidad de incrementar el pH hasta un valor de 11. Por otro lado, la cal

adicionada contribuirá con la precipitación de los metales presentes ya que los hidróxidos

se unirán a estos haciéndolos precipitar.

Sin embargo, conforme se avanza en la profundización de la mina, es posible que el agua se

torne más agresiva y la caracterización química del agua cambie y por ello se tiene

proyectado la actualización de la planta en el momento necesario con la adición de un


13

tanque reactor mas para la precipitación de los metales con la adición de sulfhidrato de

sodio, un sistema de almacenamiento y dosificación de acido sulfúrico.

5.1.4 Clarificador

La entrada de agua se hace a través de una tubería que corre de un costado del clarificador

al tanque central de alimentación. Luego, por medio de una turbina central es enviado hacia

el fondo del clarificador. En esta etapa los metales filtrados se mezclan con lodos y se

quedan en el fondo del clarificador. Una especie de molino permite que el agua limpia

ascienda hacia la superficie.

Una parte del agua clarificada es recolectada por medio de artesas que tienen orificios en

todo su longitud. Estas la dirigen a la artesa principal, la cual se encargará de transportar el

agua al tanque de bombeo o poza de almacenamiento. En el trayecto se adiciona ácido

sulfúrico para regular el pH en el rango establecido cuyo valor promedio en descarga es de

7.2.

La otra parte del agua clarificada será bombeada hacia el tanque de agua recuperada para

preparación, tanque de solución barren, tanque de agua tratada de mina, tanque de agua

recuperada de flotación. Pero un porcentaje de esta otro parte de agua volverá a ingresar al

proceso de neutralización (recirculación del agua).

5.1.5 Poza de almacenamiento

El agua clarificada es almacenada en esta poza para su posterior vertimiento siempre y

cuando cumplan el efluente que sale de la planta de tratamiento cumpla con los Límites

Máximos Permisibles.


14

5.1.5.1 Bomba sumergible

Esta bomba se encontrará dentro de la poza de almacenamiento para poder enviar una parte

del agua almacenada hacia los tanques ya mencionadas para así utilizar el agua en el

proceso de minado (recirculación del agua)

6 Componentes:

Dentro de los componentes del proyecto se tienen los siguientes:

Bombas de Alimentación de la planta

Cisterna de agua de contingencia

Paquete de preparación del floculante

Bombas de transferencia de lechada de cal

Bomba de sumidero de ácido sulfúrico.

Flujo de entrada de afluente

Tanques reactores

Tanque de neutralización pH 11

Tanque de neutralización pH 7

tanque de mezcla de cal/lodos y agitador

Cajón de paso a la planta clarificadora


15

Clarificador

bomba de recirculación de lodos

Mezclador estático

Poza de almacenamiento

Bomba sumergible en la poza de almacenamiento

Bomba impulsadora de agua recuperada

Tanque de agua recuperada

Tanque de agua tratada de mina

Tanque de solución Barren

Tanque de almacenamiento de lechada de cal y agitador

7 Pozas de Lodos

Dependiendo de la tasa de generación de lodos, los lodos precipitados de exceso

serán bombeados desde el Clarificador a las pozas de lodos. El lodo será una

mezcla granular de metales precipitados y yeso, con aproximadamente 15% a

25% de sólidos al salir del Clarificador. Las pozas de lodos permitirán al lodo

asentarse, permitiendo que el agua intersticial drene a través de los canales

perimetrales de derivación, o mediante evaporación.


16

8 Infraestructura de la Planta de Tratamiento

La ubicación de la planta fue diseñado y configurado dentro del límite de la

propiedad y permite el flujo por gravedad del efluente desde el Túnel Kingsmill,

vía la tubería de alimentación de la planta al sumidero de alimentación y casa de

bombas de la planta, ubicadas cerca al río Yauli.

La preparación del área de la planta de tratamiento incluirá la limpieza,

desbrozado y nivelado de la zona. También incluirá la construcción de canaletas e

instalación de alcantarillas y otros trabajos asociados, incluyendo el suministro e

instalación del material granular para la cubierta del área y los caminos de

servicio.

La infraestructura principal de la planta de tratamiento es la siguiente:

• Cercado de seguridad

• Tuberías

• Casa de bombas

• Edificio de procesos

• Tanques reactores

• Clarificador

• Caminos y puentes

• Protección contra incendios

• Aire de planta, instrumentos y procesos


17

• Suministro y distribución de energía

• Generador de emergencia

• Agua potable

9 Reactivos

Los reactivos que se utilizaran son cal, floculante, sulfhidrato de sodio y ácido

sulfúrico.

10 Cierre de Planta

La planta de tratamiento de aguas ácidas de la mina Tambomayo será cerrada al

final de su vida útil. El cierre incluye el desmantelamiento de los equipos, la

demolición de las estructuras y el cierre del área de disposición final de lodos.

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