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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José G. Catalán4. - " Análisis y tratamiento de aguas "

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Eskell Nordell6. - " Acondicionamiento de agua para la Industria "

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7. - " Manual de tratamiento de aguas "

Departamento de Sanidad de Nueva York

8. - " Balance Químico del agua y su tratamiento "

Diamond - Sharlock

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