Producto Final Anexo No. 12 Sistema de Desinfección · Planos Relacionados No del Plano Nombre del...

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SISTEMA DE DESINFECCION HAZEN AND SAWYER, P.C. │ NIPPON KOEI

Producto Final – Anexo No. 12

Sistema de Desinfección

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TABLA DE CONTENIDO

SISTEMA DE DESINFECCION

Introducción ...................................................................................................................................... 3

1. Descripción General del Sistema ................................................................................................ 3

2. Planos Relacionados ................................................................................................................... 4

3. Demanda de Cloro ........................................................................................................................ 4

4. Selección de la alternativa .......................................................................................................... 11

4.1 Desinfección con Cloro Gaseoso ............................................................................................ 11

4.2 Desinfección con Hipoclorito de Sodio .................................................................................... 14

5. Tanque de contacto de Cloro ...................................................................................................... 16

5.1Requerimientos ......................................................................................................................... 16

5.2 Dimensionamiento ................................................................................................................... 18

5.3. Costo de Construcción para el tanque de contacto de Cloro ................................................. 20

6. Ahorros Potenciales .................................................................................................................... 20

6.1 Opción No. 1 – No Construcción del Tanque de Contacto de Cloro....................................... 20

6.2 Opción No. 2 – Eliminar canales en el Tanque de Contacto de Cloro .................................... 21

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LISTA DE TABLAS

Tabla No.1 Niveles Típicos de Coliformes Totales(1)

...................................................................... 3

Tabla No.2 Concentración en el efluente final ................................................................................ 5

Tabla No. 3 Requerimientos de Desinfección del Proceso de Lodos Activados ............................ 5

Tabla No. 4 Requerimientos de Cloro - Control de Bacterias Filamentosas en el RAS para 1 Módulo

de Tratamiento ........................................................................................................................ 6

Tabla No. 5 Requerimientos de Cloro - Agua Residual Tratada Primariamente ........................... 7

Tabla No.6 Agua residual cruda para desviar hacia el canal de aguas negras .............................. 7

Tabla No.7 Requerimientos de Cloro .............................................................................................. 8

Tabla No. 8 Demandas de Cloro - Tasa de Demanda Máxima de Cl2 .......................................... 8

Tabla No. 9 Operación Normal ........................................................................................................ 9

Tabla No. 10 Eventos de época lluviosa con Q > 14m3/s ............................................................ 10

(Duración Del Evento 1-12 horas) ................................................................................................. 10

Tabla No.11 Costo directo de las instalaciones de cilindros de Cloro .......................................... 11

Tabla No.12 Impacto por exposición a cloro gaseoso a diferentes concentraciones ................... 13

Tabla No. 13 Demandas de Cloro incluyendo los trabajos RAS a un caudal de 3,5m3/s ............. 15

Tabla No.14 Capacidad de generación de Hipoclorito de Sodio de acuerdo al dimensionamiento

inicial ...................................................................................................................................... 15

Tabla No. 15 Estimación del costo de construcción para una instalación OSHG de 14,4 Ton/día para

PTAR El Salitre ...................................................................................................................... 15

Tabla No.16 Dosis de Cloro Sugeridas para Efluentes de Lodos Activados (mg/L) ..................... 17

Tabla No.17 Dosis de Cloro con el fin de lograr un efluente de 2x102 NMP/100mL .................... 17

Tabla No. 18 Caudales Previstos de Entrada a la Planta ............................................................. 17

Tabla No.19 Desinfección del efluente secundario en función de la dosis de Cloro y el tiempo de

contacto ................................................................................................................................. 18

Tabla No.20 Volumen calculado en cada canal ............................................................................ 18

Tabla No.21 Volumen en el M.H No.5 y en el canal de medición hacia la estructura de desacarga

............................................................................................................................................... 19

Tabla No. 22 Tiempo de Contacto de Acuerdo al Número de Canales en Operación ................. 19

Tabla No. 23 Costo Estimado para el Tanque de Contacto de Cloro ........................................... 20

Tabla No. 24 Opción No. 1 – Viabilidad Mediante la No Construcción del Tanque de Contacto de

Cloro ...................................................................................................................................... 21

Tabla No. 25 Evaluación de la Reducción del Número de Canales Construidos en el Tanque de

Contacto de Cloro .................................................................................................................. 22

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Introducción

Con el fin de prevenir y combatir las enfermedades causadas por microorganismos patógenos tales como virus, y quistes de protozoarios, se hace necesaria la implementación de una tecnología de desinfección efectiva. La cloración, es decir la adición de cloro o un compuesto de cloro al agua, es el método de desinfección más antiguo y de mayor uso en el mundo, a tal punto que, comúnmente, los términos desinfección y cloración se utilizan indistintamente para designar el mismo tratamiento. En la actualidad, la cloración es una tecnología bien establecida, más eficiente en términos de costo que la radiación UV o la desinfección con ozono (excepto cuando la descloración y el cumplimiento con prevención de incendios son requeridos). El cloro residual que permanece en el efluente del agua residual puede prolongar el efecto de desinfección aún después del tratamiento inicial, y puede ser medido para evaluar su efectividad (United States Office of Water EPA 832-F-99-062 Environmental Protection Washington, D.C. Septiembre de 1999 Agency Folleto informativo de tecnología de aguas residuales Desinfección con cloro). El proceso de desinfección con cloro es:

Confiable y efectivo para un amplio espectro de organismos patógenos.

El cloro es efectivo en la oxidación de ciertos compuestos orgánicos e inorgánicos.

La cloración permite un control flexible de la dosificación.

El cloro puede eliminar ciertos olores molestos durante la desinfección.

1. Descripción General del Sistema El sistema deberá ser capaz de generar una solución de cloro para fines de desinfección de aguas crudas y residuales tratadas, así como, control de crecimiento de bacterias filamentosas, almacenados en la torre de control de olores y de reutilización / desinfección de agua no potable.

Los niveles de patógenos típicos medidos como Coliformes Totales, se presentan en Tabla

No. 1, que se muestra a continuación.

Tabla No.1

Niveles Típicos de Coliformes Totales(1)

Coliformes Totales

(NMP/100 ml)

Aguas Residual Cruda 108 - 10

9

Efluente Primario 107 - 10

8

Efluente Secundario 106 +/-

Río Bogotá (Máximo)(2)

2 x 104

(1) Metcalf and Eddy Wastater Engineering- Treatment and Reuse. Cap 12 pág 1253 (2) Acuerdo 043 de 2006. Valores de los Parámetros de Calidad para el Río Bogotá en el Sector de la PTAR El Salitre

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Los valores máximos permisibles de coliformes totales para el Río Bogotá una vez haya entrado en vigencia lo establecido en el acuerdo 043 de 2006 son de 2 x 104 NMP/100 ml. El efluente tratado del proceso de lodos activados tendrá una concentración de Coliformes Totales alrededor de 103+/- NMP/100 ml. La reducción de patógenos de 107 a 103 con la adición de cloro está en función de la dosis de cloro (concentración) y el tiempo de contacto. La solución de cloro será adicionada al efluente tratado en M.H.3 localizado adyacente a los clarificadores secundarios No. 64.2 y 64.4. (Ver Plano M-66) Para que la concentración de coliformes en el futuro sea de 102 NMP/100ml o menor para el Río Bogotá, el ACUEDUCTO requerirá instalar un tanque de contacto de cloro y reducir los costos químicos de cloro.

2. Planos Relacionados

No del Plano Nombre del plano

M-93 Tanques de contacto de Cloro y Tanque de almacenamiento de Hipoclorito

de Sodio- Planta de Localización

M-94 Almacenamiendo de Hipoclorito de Sodio- Diagrama y criterio de diseño

M-95 Diagrama de Distribución de Hipoclorito de Sodio

M-99 Tanques de contacto de Cloro- Planta

M-100 Tanques de contacto de Cloro-secciones

M-101 Estructura canales de medida del agua tratada planta, sección y detalles

3. Demanda de Cloro

La diferencia entre el cloro agregado al agua y el cloro residual total medido al cabo de un tiempo de contacto determinado es lo que se conoce como Demanda de Cloro.

En el plano M-95 se encuentran listados tanto los puntos de suministro, como las

dosificaciones de cloro requeridas, para la desinfección durante la operación de la planta.

Las demandas más altas de cloro podrían ocurrir tanto por causa de alteraciones en el

proceso de lodos activados, como debido a caudales extremamente influenciados por

temporadas de lluvias.

A. Proceso de Lodos Activados

El diseño actual permite producir un efluente final de alta calidad. A continuación se

muestran las predicciones hechas mediante modelación contenidas en la Tabla No.2

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Tabla No.2

Concentración en el efluente final

Concentración en el

Efluente Final (mg/l)

DBO SST

Valor de Diseño 10 15

Máximo Mensual 10+ 20

Las dosis de cloro necesarias para cumplir con los requerimientos de descarga al río de 2 x

104 NMP/100 mL (coliformes totales), con la calidad predicha en el efluente, fluctuarían

entre 2 mg/L y 4 mg/L.

El estándar mensual a cumplir corresponde a 30 mg/L tanto para DBO, como para SST. En

caso de reducirse el consumo de energía de la planta para disminuir los costos operativos,

o en caso de presentarse inestabilidad en el proceso, produciendo un efluente final con

concentraciones de DBO y SST de entre 25 mg/L y 30 mg/L; se haría necesario

incrementar las dosis de cloro hasta ± 8 mg/L, con el fin de cumplir los requerimientos

regulatorios para coliformes en el efluente.

El criterio de diseño consiste en proveer instalaciones con la capacidad de suministrar entre

2 mg/L y 10 mg/L de cloro bajo condiciones de caudal pico (14 m3/s).En la Tabla No.3 se

presentan los requerimientos de desinfección del proceso de Lodos Activados.

Tabla No. 3

Requerimientos de Desinfección del Proceso de Lodos Activados

Condición Caudal (m

3/s)

Dosis de Cloro (mg/l)

Tasa de Alimentación de

Cloro (Ton/día)

Buen 7 3 1,81

Efluente 14 3 3,63

Efluente 7 8 4,84

Pobre 14 8 9,68

Alteración 14 10 12,01

Se anticipa que durante la mayor parte del tiempo el consumo de cloro fluctuará entre 2

Ton/día y 3 Ton/día. Se ha revisado la Especificación Técnica 11281 de manera que el

sistema de cloración pueda suministrar 12 Ton/día hacía el tanque de contacto de cloro.

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B. Control de Bacterias Filamentosas

Uno de los problemas más comúnmente encontrados durante la operación de una planta de

lodos activados, corresponde al “bulking” de los sólidos como consecuencia de la acción de

bacterias filamentosas. Cuando se presenta una condición de bulking, el floc de sólidos

suspendidos en el licor mixto no se compacta/sedimenta de manera adecuada, siendo

descargado en el efluente de los clarificadores finales. En situaciones de emergencia, se ha

practicado extensivamente la cloración del lodo de recirculación, como método para

controlar el bulking.

El diseño contempla la división de la planta en dos módulos paralelos para tratar 3,5 m3/s

en cada uno. Uno de los beneficios que ofrece esta configuración consiste en la limitación

de la propagación de bacterias filamentosas entre módulos, por causa de alteraciones en el

proceso o cambios en los procedimientos de operación. La Tabla No.4 presenta la tasa de

alimentación de cloro para el control de bacterias filamentosas en el caudal RAS para un

módulo de tratamiento

Tabla No. 4

Requerimientos de Cloro - Control de Bacterias Filamentosas en el RAS para 1

Módulo de Tratamiento

Caudal de

RAS (m3/s)

Dosis de

Cloro

(mg/L)

Tasa de Alimentación de

Cloro

(Ton/día)

2.0 1 0,17

3.5 1 0,30

2.0 5 0,86

3.5 5 1,51

3.5 10 3,02

La máxima tasa de alimentación de cloro hacia ambos módulos es de 6,0 Ton/día.

C. Efluente Primario Durante Eventos en Temporada de Lluvias

Durante eventos de lluvia, hasta 7,5 m3/s de agua residual cruda pueden ser desviados

hacia los clarificadores primarios existentes. Dicha corriente de agua residual sería clorada

antes y después de los clarificadores primarios en dos puntos, como se muestra a

continuación en la Tabla No.5

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Tabla No. 5 Requerimientos de Cloro -

Agua Residual Tratada Primariamente

Localización Caudal Máximo (m

3/s)

Dosis de Cloro (mg/L)

Tasa de Alimentación

de Cloro (Ton/día)

Agua Residual Cruda para Desviar Hacia Bombas 7,5 5 3,24 Canaleta Parshall Existente 7,5 8 5,18

Esta condición no debería presentarse durante más de 12 horas durante un evento de

lluvia.

D. Agua residual cruda para desviar hacia el Canal de Aguas Negras

Durante un evento de lluvia, el agua residual sería secuencialmente transportada hacia las

siguientes locaciones, ya sea para tratamiento o para almacenamiento de acuerdo a la

Tabla No.6.

Tabla No.6

Agua residual cruda para desviar hacia el canal de aguas negras

Prioridad Localización Caudal Máximo

(m3/s)

1 Tratamiento Secundario 14,0

2 Tratamiento Primario 7,5

Sub-Total 21,5

3 By-pass y Almacenamiento en el Canal de

Aguas Negras

±4,7

Tasa de Caudal Pico 26,2

El Canal de Aguas Negras actuaría como un tanque de almacenamiento y contacto a largo

plazo (con tiempos de retención de horas, en lugar de minutos). Estudios desarrollados por

Hazen and Sawyer acerca de la desinfección de agua residual cruda, en la PTAR de

Hollywood (Florida), demostraron que con una dosis de cloro de entre 10 mg/L y 15 mg/L,

se alcanzan reducciones logarítmicas de 4 a 5 niveles de coliformes.

Después de la finalización del evento de lluvia, el agua residual cruda almacenada en el

Canal de Aguas Negras puede ser bombeada en 48 horas, para ser procesada en las

instalaciones de tratamiento secundario.

Se anticipa que durante un evento de lluvia, una operación de By-pass de agua residual

cruda hacia en Canal de Aguas Negras no debe tomar más de 4 horas. Los requerimientos

de cloro se resumen a continuación en la Tabla No.7

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Tabla No.7 Requerimientos de Cloro

Caudal Pico 4,7m3/s

Dosis de Cloro 15 mg/L

Tasa de Alimentación de Cloro 6,1 Ton/día

Duración 2 a 4 horas

La cloración del agua residual cruda conducida hacia el Canal de Aguas Negras tiene como

fin proteger el personal operativo de la planta, así como disminuir los niveles de patógenos

en la eventualidad de una fuga o una descarga hacia el río Bogotá.

D. Resumen de la Demanda de Cloro

Las demandas de cloración máximas se encuentran consignadas en la Tabla No. 8

Tabla No. 8

Demandas de Cloro - Tasa de Demanda Máxima de Cl2

Ton/día

Condición A – Operación Normal con Caudal Pico

1. Tanque de contacto de Cloro (14m3/s con 8 mg/l) 9,7

2. Re-uso y Usos varios 0,1

Total 9,8

Condición B – Normal

Operación con Caudal Pico y problemas a causa de bacterias filamentosas


2. Re-uso y Usos varios (10 mg/l) 0,1

3. Trabajos RAS (7m3/s con 10 mg/l) 6,0

Total 18,1

Condición C – Tormenta de diseño para temporada de lluvias

(Caudal Pico = 26,2 m3/s) para 2-6 horas


2. Re-uso y Usos varios 0,1

3. Agua residual cruda para desviar hacia bombas de tornillo

existentes (7,5 m3/s con 5 mg/l)

3,2

4. Canaleta Parshall existente (7,5 m3/s con 8 mg/l) 5,2

5. Agua residual cruda para desviar hacia el Canal de Aguas

Negras (4,7 m3/s con 15 mg/l)

6,1

Total 24,3

El diseño actual del sistema de cloración, contempla un dimensionamiento que permite

suministrar cloro hacia las diferentes locaciones y satisfacer la demanda pico.

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3.1 Puntos de Aplicación

La solución de Cloro deberá ser aplicada a las siguientes áreas:

Tubería del efluente para desinfectar el efluente secundario.

La estación de bombeo RAS y las cámaras de reparto para el control del crecimiento

de bacterias filamentosas.

Trabajos de bypass en tiempo húmedo frente a la estación de bombeo del afluente.

Agua residual cruda para desviar hacia el canal de aguas negras.

La canaleta Parshall existente para la desinfección del efluente primario durante un

evento de lluvia.

Trabajos de reúso y usos diversos.

En la Tabla No. 9 presentada a continuación, se puede observar que a condiciones de operación normal se aplicará una dosis de Cloro en los puntos 1,2 y 3 (Ver plano M-95) titulado “Diagrama de Distribución de Cloro”, para desinfección del efluente final con un rango de caudal entre 2-14 m3/s y una dosis de Cloro de 2-10mg/L para cumplir unos requerimientos estándares en el río de Coliformes fecales (NMP/100mL).

Tabla No. 9

Operación Normal

Ubicación Descripción Rangos de

Caudal (m

3/s)

Dosis de Cloro Cl2 ( mg/L)

Criterio-Coliformes Totales (NMP/100 mL)

1 Desinfección del

efluente final

2-14

2-10 10

6→10

3

Cumple con el estándar del río

2 Reuso/ Agua de

servicio en Planta 0,04 +/- 10-15 10

6→10

1 Salud pública

3

Retorno de Lodos Activados(RAS)

Control de Filamentos

3-7

1-10 -

Control de procesos de filamentos

Las instalaciones de Cloración deberán estar diseñadas para cumplir con las siguientes demandas de Cloro para un Q > 14m3/s en eventos de época de lluvia como se puede observar a continuación en la Tabla No. 10

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Tabla No. 10 Eventos de época lluviosa con Q > 14m

3/s

(Duración Del Evento 1-12 horas)

Ubicación Descripción Rango del

Caudal (m

3/s)

Dosis de Cloro CL2

(mg/L)

Criterio Coliformes Totales

NMP/100mL

1 Desinfección del Efluente final

14 2-10

106→10

3 Cumple con el

Estándar del río

2 Reuso/ Agua de servicio en planta

0,04 +/- 10-15 10

6→10

1

Salud Pública

4

Agua residual cruda para desviar hacia bombas de tornillo existentes

0-7,5 3-5 10

9→10

7

Pretratamiento para el tratamiento primario

5

Agua Residual cruda para desviar hacia el canal de aguas

0-6 10-15 10

9→10

3+/-

Cumple con el estándar del río

6

Efuente primario by/paseando tratamiento secundario

0-7,5 4-8

106+/- →10

3 Cumple con

el estándar del río en el evento de desviar hacia

el río

De acuerdo a la Tabla No. 10 en temporada de lluvias en las que el caudal supere los

14m3/s se aplicará una dosis de Cloro en los puntos 1, 2, 3, 4, 5, 6 y como se puede

observar en el plano M-95

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4. Selección de la alternativa

Para determinar cuál es la alternativa más viable para la desinfección del efluente de la

PTAR El Salitre Fase II se realizó un análisis entre las dos alternativas viables como son:

Desinfección con Cloro gaseoso y Desinfección con Hipoclorito de Sodio.

4.1 Desinfección con Cloro Gaseoso

4.1.1 Costo Directo de las instalaciones de cilindros de Cloro

El costo directo del edificio de cloración, el equipo de alimentación de cloro y el scrubber de

emergencia para cloro gaseoso, se resume a continuación en la Tabla No.11.

Tabla No.11

Costo directo de las instalaciones de cilindros de Cloro

Costo U$)

1. Edificio de Cloro 2.470.194

2. Evaporadores de Cloro 1.050.000

3. Lavador de Emergencia (Cl2 gas) 110.000

4. Imprevistos y/o Contingencias 369.806

Costos Directo $4.000.000

El costo directo total estimado es de U$4.000.000.

4.1.2 Impacto ambiental y social de una liberación de cloro gaseoso

El personal de la planta es consciente de los problemas potenciales del manejo de cilindros

de cloro, y contará con la implantación de procedimientos de emergencia para responder a

fugas accidentales.

La Figura No. 1 presentada a continuación, muestra la pluma formada por el cloro liberado,

producto de una falla de la conexión flexible entre un cilindro y la tubería. En el evento de

una falla similar, el personal de la planta debe ponerse el equipo de protección y cerrar dos

pequeñas válvulas de aislamiento, para detener la fuga. El procedimiento entero debe

tomar menos de 10 minutos para un personal entrenado. La preocupación acerca del

impacto producido por una liberación de cloro gaseoso tiene dos frentes.

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Figura No.1

Liberación de Cloro Gaseoso

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(a) Personal de la planta

(b) Barrio Sta. Cecilia, localizado a aprox. 500 m de la instalación de almacenamiento

de cloro.

En la Tabla No.12 se describe el impacto por exposición a cloro gaseoso a diferentes

concentraciones.

Tabla No.12 Impacto por exposición a cloro gaseoso a diferentes concentraciones

Cloro Gaseoso (ppm) Impacto

0,2 – 0,5 No existe efectos a largo plazo

1 – 3 Olor apreciable; irritación de ojos y nariz.

5 – 8 Irritación de membranas, ojos y garganta

30 Intensos ataques de tos

34 – 51 Letal en 1 a 1,5 horas de exposición

Las concentraciones de cloro gaseoso que llegarían al Barrio Sta. Cecilia en el evento de

una liberación, estarían alrededor de 1 ppm, lo que produciría una detección olfativa. Por

otra parte, los vehículos transitando sobre la carretera adyacente se encontrarían

sometidos a concentraciones de entre 5 ppm y 10 ppm, hecho que crearía condiciones

inseguras de conducción que podrían llegar a causar accidentes. El personal operativo de

la planta estaría expuesto a altos niveles de cloro gaseoso, como se puede notar en la

Figura adjunta.

El plan de mitigación consiste en instalar un scrubber de emergencia para cloro gaseoso,

teniendo en cuenta que se contempla mantener los cilindros de cloro en un edificio cerrado.

Adicionalmente, se tiene previsto instalar un sistema detector de fugas de cloro; de esta

manera, en el evento en que se detecte la presencia de cloro gaseoso en el ambiente, los

sistemas de ventilación del edificio se apagarán y se activará una alarma para toda la zona.

A continuación se activa el sistema scrubber y el cloro gaseoso es retirado del edificio, y

forzado a través de ductos hacia dicho scrubber, por medio de un sistema soplador. Esta

acción inmediata provee tiempo para que el equipo de respuesta a emergencias, se

movilice e ingrese al edificio para hacer las reparaciones necesarias. Las acciones

descritas anteriormente, constituyen procedimientos estándar de respuesta a liberaciones

accidentales de cloro gaseoso en cilindros, tanto en plantas de agua potable como en

plantas de aguas residuales.

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4.2 Desinfección con Hipoclorito de Sodio

El uso de hipoclorito de sodio líquido como un químico alternativo de desinfección evita el

riesgo potencial y los impactos negativos asociados a una liberación de cloro gaseoso.

Adicionalmente, se elimina la necesidad de implementar seguridad adicional relacionada

con el hecho de que la instalación con cilindros de cloro, podría constituir un objetivo

potencial de atentados. La desinfección mediante hipoclorito de sodio líquido, resulta más

costosa que la conseguida mediante el uso de cloro gaseoso en cilindros.

Las alternativas disponibles se describen a continuación:

Generación de hipoclorito en el sitio (OSGH, del inglés On-site hypochlorite

generation) para la producción de una dilución de hipoclorito de sodio al 0,8%.

Adquisición de una solución madre de hipoclorito de sodio entre el12-15% de

concentración.

La empresa Refisal S.A. en Colombia, posee instalaciones con la capacidad de generar

soluciones concentradas de hipoclorito de sodio. Se tiene conocimiento de que una

empresa en Cali abrirá una instalación para la generación de NaOCl lo que podría reducir

su costo debido a la competencia en el mercado. Adicionalmente, Refisal S.A. podría

vender la cantidad de sal refinada necesaria para la generación de una solución al 0,8% en

el sitio. Para el suministro a largo plazo, el operador de la PTAR (EAAB) tendría que

negociar un costo justo y razonable. En los Estados Unidos, varias firmas producen tanto

hipoclorito como sal, brindando la oportunidad al consumidor de negociar costos razonables

y competitivos.

Existen varios fabricantes de sistemas OSHG de baja concentración en el mercado

internacional, tales como Clortec (Severn Trent Services), OSEC (Siemens Water

Technologies), MicrOclor, MIOX y Pepcon. Clortec y OSEC son actualmente los fabricantes

predominantes de sistemas OSHG con 0,8% de concentración, en el mercado municipal de

los Estados Unidos.

La EAAB se encuentra evaluando la posibilidad de implementar un sistema MIOX en una

de sus instalaciones. El sistema OSHG consiste en generadores de hipoclorito,

almacenamiento de sal, y almacenamiento adicional para el hipoclorito generado en el sitio,

con el fin de satisfacer demandas pico.

La Tabla No.13, muestra las demandas de cloro incluyendo los trabajos RAS a un caudal

de 3,5m3/s

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Tabla No. 13 Demandas de Cloro incluyendo los trabajos RAS a un caudal de 3,5m

3/s

Demanda de Cloro

Ton/día

Tanque de contacto de Cloro (14 m3/s con 8 mg/l) 9,7

Re-uso y Usos Varios 0,1

Trabajos RAS – (3,5m3/s con 10 mg/l, para 1 módulo) 3,0

Total 12,8

Durante eventos extremos de lluvia, la alimentación de cloro al RAS debe detenerse para

desviar dicho cloro hacia el efluente primario proveniente del by-pass. La solución de

hipoclorito almacenada (Ver Plano M-95) se usaría para satisfacer demandas pico. La

capacidad de generación de hipoclorito de acuerdo con el dimensionamiento inicial,

corresponde a lo consignado en la Tabla No.14

Tabla No.14

Capacidad de generación de Hipoclorito de Sodio de acuerdo al dimensionamiento inicial

Capacidad de generador OSHG (unidades en

servicio)

12,8 Ton/día

20% Unidades de Refuerzo en Stand-by 2,6 Ton/día

Total 14,4 Ton/día

Cotizaciones recientes de equipos OSHG (septiembre de 2009) en Miami-Dade, arrojaron

valores de alrededor de U$ 550.000 / Ton/día, con capacidad para generar 10 Ton/día. A

continuación en la Tabla No. 15 se presenta la estimación del costo de construcción para

una instalación OSHG de 14,4 Ton/día, para la PTAR El Salitre.

Tabla No. 15

Estimación del costo de construcción para una instalación OSHG de 14,4 Ton/día para PTAR El Salitre

Costo (U$)

1. Equipo para producir 12.800 Kg/día de cloro (0,8%

NaOCl) a U$ 550.000 / Ton/día

$7.040.000

2. Tanques de almacenamiento 300.000

3. Edificios, equipo eléctrico y almacenamiento de sal 3.000.000

4. Imprevistos y/o Contingencias 1.060.000

Costo Directo $11.400.000

El costo directo es U$ 7.400.000 más alto que el de una instalación de cloro con cilindros

de almacenamiento. La estimación de costos para el sistema OHSG corresponde a una

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metodología de “orden de magnitud”, por lo que se garantiza un análisis más detallado del

dimensionamiento del generador, versus riesgo. Con base en cotizaciones recientes, se

tiene que una instalación OHSG comparable, costaría entre U$ 6.000.000 y U$ 8.000.000

más que una con cilindros de cloro gaseoso, en costo directo.

Como se puede observar, la decisión final corresponde a una entre un alto costo inicial

(OHSG) versus un riesgo potencial de liberación de cloro (cilindros).

5. Tanque de contacto de Cloro

5.1 Requerimientos

El tanque de contacto tiene como fin permitir el tiempo de contacto necesario para que el

cloro actúe eficientemente sobre los microorganismos.

Se requiere una desinfección del efluente secundario con el fin de garantizar una calidad en

la descarga al río Bogotá, que permita cumplir con un estándar de 2x104 NMP/100 mL para

Coliformes Totales. En la desinfección de aguas residuales comúnmente se utiliza cloro,

generalmente en forma de cloro líquido o hipoclorito de sodio.

En la industria del agua potable se ha identificado la necesidad de una adecuada

exposición al químico desinfectante, así como de una dosificación suficiente de este para

garantizar una buena calidad en el agua de consumo.

El concepto del CxT (CT) fue desarrollado en los 80s para identificar los requerimientos de

desinfección, con el fin de reducir los niveles específicos de patógenos. Dicho concepto

representa el producto entre la dosis de desinfectante (C) y el intervalo de tiempo (T)

durante el cual el agua ha estado expuesta a dicha dosis.

C x T = concentración (mg/L) x tiempo (minutos) = 107→103Reducción Log 4

En el campo del agua residual, el tiempo de retención aceptado (1) para el

dimensionamiento de tanques de contacto de cloro es de 15 minutos a condiciones de

caudal pico.

Las dosis de cloro típicas para efluentes de lodos activados se muestran en la Tabla No.16

Julio de 2011

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Tabla No.16

Dosis de Cloro Sugeridas para Efluentes de Lodos Activados (mg/L)

GRIFFIN(2) GLUMRB(1)

Operación Normal 2-4 8 Efluente pobre 5-8 --

Nota: Se asume un tiempo de retención de 15 minutos con una concentración mínima de cloro residual de 0,5 mg/L.

(1)”Recommended Standards for Wastewater Facilities” Great Lakes – Upper Mississippi River Board of State and Provincial Public Health and Environmental Managers, 2004 (2)Metcalf & Eddy, Tabla 4-14, 4th Edición

Por lo general las dosis reportadas en la Tabla No. 17 están dadas con el fin de lograr un

efluente de 2x102 NMP/100 mL para Coliformes Totales. De acuerdo con lo anterior, se

puede anticipar que la nueva planta de lodos activados tendrá un desempeño adecuado,

produciendo un efluente con concentraciones de 15 mg/L o menores, tanto para DBO como

para SST. El tanque de contacto de cloro (Ver Plano M-99, M-100) está dimensionado para

un tiempo de retención de 15 minutos y un caudal pico de 14 m3/s.

Tabla No.17

Dosis de Cloro con el fin de lograr un efluente de 2x102 NMP/100mL

Dosis de Cloro 2 – 10 mg/L

Reducción de Coliformes Totales 107 a 10

3 NMP/100 mL (reducciones

logarítmicas de 4)

Estándar de Coliformes Totales en

el Río

2x 104 NMP/100 mL

Los caudales de entrada previstos para la PTAR El Salitre Fase II se encuentran

consignados a continuación (ver Tabla No. 18):

Tabla No. 18

Caudales Previstos de Entrada a la Planta

Año

Caudal Anual

Promedio

(m3/s)

2015 6,30

2020 6,70

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5.2 Dimensionamiento

La ubicación dell tanque de contacto de cloro se encuentra consignada en el Plano M-93,

se dimensionó para un tiempo de retención de 15 minutos a una tasa de caudal pico de

14m3/s.

Volumen Requerido = 15 min x 14m3 x 60 s = 12.600 m3

s min

La Tabla No.19 presenta la concentración de Coliformes Totales en función de la dosis y el

tiempo de contacto

Tabla No.19

Desinfección del efluente secundario en función de la dosis de Cloro y el tiempo de contacto

Calidad del Efluente C Dosis de Cl2(mg/L) T(minutos) Coliformes Totales

(NMP/100mL)

Buena (10-15 mg/L SST) 2-4 15 min con Q= 14m

3/s 10

3

Pobre(+/- 30 mg/L SST) 5-8 Diseño 2-10 Volumen= 12,600m

3/s 2x10

4

El diseño actual comprende 4 canales independientes. Tres de los canales son

dimensionados para manejar un caudal pico, y el cuarto restante, para cuando el personal

de la planta decida poner un tanque fuera de operación para limpieza. El volumen de cada

canal está alrededor de los 4.200 m3.

Asumiendo un promedio en la elevación del agua de 42,70 m dentro del tanque, el volumen

calculado de cada canal se describe en la Tabla No.20

Tabla No.20

Volumen calculado en cada canal

Volumen del Canal (m

3)

Volumen del Tanque - (115m x 6m x 5,7m) 3.933

Volumen del Baffle - (0,5m x 6m x 3 x 5,7m) 51

Volumen promedio Canal de Salida – (5m x 6,57m x 5,7m) 187

0,25% de Cámara de Mezcla - (0,25 x 6m x 6m x 5,7m) 51

Volumen Total por Canal 4.222

Volumen Requerido por canal 4.200

Julio de 2011

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Una vez el efluente clorado deja el canal de salida del tanque de contacto de cloro, fluye

hacia la estructura- canales de medición de agua tratada ( Ver Plano M-101). Después de

pasar por dicha estructura, el efluente final viaja alrededor de 43 m se transporta desde un

box culvert de 2,65m x 2,65m (cada una) hacia la estación de bombeo del efluente. Para un

caudal pico de 14m3/s, el tiempo de retención hasta las obras de descarga es de 3,52

minutos (tiempo de contacto adicional).

La Tabla No.21 presenta el volumen en el canal de medición hacia la estructura de

descarga.

Tabla No.21

Volumen en el canal de medición hacia la estructura de descarga

Volumen

(m3)

Canal de Medición hacia Estructura de Descarga

Total 2.357

El tiempo de retención combinado o el tiempo de contacto de cloro disponible, de acuerdo

con el diseño existente para el tanque, se describe a continuación en la Tabla No. 22.

Tabla No. 22

Tiempo de Contacto de Acuerdo al Número de Canales en Operación

Número de canales en operación 4 3

(1) 2 1

Volumen Total del Tanque (m3) 16.888 12.666 8.444 4.222

Tiempo de Contacto (minutos) para un

caudal de 14m3/s.

23,6 18,6 13,6 8,6

Dosis Equivalente de Cloro (mg/l)

para alcanzar un CT de 45 mg/l • minuto

1,9 2,4 3,3 5,2

Nota: (1) Criterio de diseño para un tanque fuera de servicio por motivos de limpieza (2) Punto de alimentación de Cloro a la entrada del Tanque de Contacto (Cámara de Mezcla)

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5.3. Costo de Construcción para el tanque de contacto de Cloro

El costo estimado para el tanque de contacto de cloro se describe a continuación (ver Tabla

No. 23)

Tabla No. 23

Costo Estimado para el Tanque de Contacto de Cloro

Item Costo (U$)

1. Tanque de Contacto de Cloro 3.539.322

2. Agitadores de Inyección de Cloro 160.000

3. Imprevistos y/o contingencias 370.678

Costos Directo Del Tanque de Contacto $4.070.000

El costo estimado para el tanque de contacto con 4 canales es de U$4.070.000. Cada

canal tiene un costo directo aproximado de U$ 1.000.000.

6. Ahorros Potenciales

6.1 Opción No. 1 – No Construcción del Tanque de Contacto de Cloro

En etapas anteriores del proyecto se sugirió remover el tanque de contacto, para

suministrar cloro en las estructuras de conducción del efluente adyacentes a los

clarificadores secundarios. De acuerdo con la condición anteriormente descrita, el ahorro

estimado en costos de construcción sería de U$ 4.000.000. El punto potencial de

alimentación se localiza ya sea en el M.H. No. 3, o en el M.H. No. 1. Desde un punto de

vista de practicidad para el proceso, el M.H. No. 3 corresponde a un punto en el cual se

colecta la totalidad del efluente (ver Plano C-26), razón por la cual se considera que dicho

punto constituye la mejor opción de alimentación. Mediante la eliminación del tanque de

contacto de cloro y el uso del sistema de conducción del efluente para cloración, se

proveerían los siguientes volúmenes y tiempos de contacto (ver Tabla No. 24).

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Tabla No. 24

Opción No. 1 – Viabilidad Mediante la No Construcción del Tanque de Contacto de Cloro

Volumen - M.H. No. 3 a M.H. No. 5 4.465 m

3

- M.H. No. 5 a Canal de Medición 546 m3

- Canal de Medición a Estructura de Descarga

2.415 m3

Volumen Total 7.426 m3

Tiempo de Contacto con 14m3/s 8,8 min

Dosis Equivalente de Cloro (mg/l) para alcanzar CT de 45 mg/l • min

5,1 mg/L

Análisis de Valor Presente Neto (U$) - Costo de Construcción del Tanque de

Contacto U$0

- VPN del Cloro Gaseoso con 5,1 mg/L durante 20 años

U$15.470.000

Valor Total Presente Neto (U$) U$15.470.000

Utilizando el producto CT y teniendo en cuenta el potencial de cortos circuitos en las celdas

de conducción, resultaría una dosis de cloro de 5,1 mg/L o más, para la presente opción,

con el fin de obtener el desempeño necesario y los niveles requeridos de Coliformes

Totales en el efluente. Este hecho causaría un incremento en el costo a largo plazo de la

desinfección química.

El Banco Mundial descartó esta opción y señaló que no se encuentra en conformidad con

los criterios ambientales del proyecto. De acuerdo con lo anterior, dicha opción es

rechazada debido a su alto costo a largo plazo y a las potenciales limitaciones del proceso,

asociadas a la presencia de cortos circuitos en las celdas de conducción.

6.2 Opción No. 2 – Eliminar canales en el Tanque de Contacto de Cloro

El diseño actual comprende un total de cuatro canales en el tanque de contacto de cloro.

En el evento en que un canal se saque de operación para limpieza y remoción de sólidos

sedimentados, los otros tres canales proveen un Tiempo de Contacto de 15 minutos con

caudal pico.

La Tabla No. 25 resume el impacto económico de la eliminación de los canales,

cumpliendo con los criterios de desempeño, con base en el concepto de CT.

Asumiendo que:

C= 3mg/L Cl2 para una buena calidad del efluente T= 15 min para un caudal de 14m3/s CT= 3mg/L x15 min = 45mg/l x min

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Tabla No. 25

Evaluación de la Reducción del Número de Canales Construidos en el Tanque de Contacto de Cloro

Número de Canales Construidos 4 3 2 1

Tiempo de Contacto con 14m3/s (minutos) 23,6 18,6 13,6 8,6

Dosis Equivalente de Cloro (mg/l)

para alcanzar un CT de 45 mg/l • minuto

1,9 2,4 3,3 5,2

Análisis de Valor Presente Neto (millones

de U$)

- Costo de Construcción 4,00 3,00 2,00 1,00

- VPN del Cloro Gaseoso por 20

años

5,76 7,28 10,00 15,77

Valor Total Presente Neto (millones de U$) 9,76 10,28 12,00 16,77

Las configuraciones con 4 y 3 canales representan las alternativas con los VPNs más

bajos. Los costos presentan una diferencia entre estos inferior al 5%, y dentro del límite de

precisión de la estimación de costos.

La dosis equivalente calculada de cloro es de 1,9 mg/L para la configuración de cuatro

canales. Esta dosis es inferior a la mínima observada en la mayoría de plantas en

operación, que corresponde a 2 mg/L.

En la práctica, la dosificación estaría alrededor de 2,0 mg/L o más, haciendo las alternativas

de tres y cuatro canales, comparables en costo, por lo que el Consorcio recomienda la

configuración de tres canales.

7. Conclusiones

Con base en el análisis de Valor Total Presente Neto, El Consorcio recomienda una

configuración de tres canales dimensionados para un tiempo de retención de 15 minutos

para un caudal de 14m3/s con un costo de construcción de U$ 3.000.000. Los planos

pueden ser modificados para adoptar dicha configuración en el tanque de contacto de cloro.

En un futuro puede adicionarse un cuarto canal, para cumplir con estándares más rigurosos

de descarga de Coliformes, o para manejar caudales más altos.

Con una configuración de tres canales, la limpieza del tanque de contacto de cloro puede

programarse durante los meses de clima más seco, para evitar escenarios de caudal pico.

En el Plano M-99 (Nota: Instrucciones Al Contratista) se enumeran opciones en términos

del número de canales a instalar.

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