Observación Directa
A través de esta técnica se conoció el funcionamiento de la planta de efluentes, observando la secuencia de las operaciones que se ejecutan para recuperar la calidad del agua según los parámetros deseados. A su vez, se detectaron las fallas operativas y se visualizaron las posibles causas de ésta.
La secuencia de operaciones para la obtención de agua tratada según los parámetros deseados se describe en el Gráfico 3. A continuación se detalla el proceso para la recuperación de la calidad del agua:
El efluente proveniente de las lavadoras cae a razón de 50-80 GPM en un sumidero (tanque subterráneo) en el cual se mantiene a temperatura ambiente, el aceite soluble que contiene se separa de su estado emulsificado y flota en la superficie, de allí el flujo es transportado por tuberías y bombeado hasta en tanque ecualizador a razón de 50-80 GPM.
Por otra parte, el agua de los desionizadores y suavizadores llega a una fosa donde el flujo es bombeado al tanque ecualizador con la finalidad de neutralizar los iones del efluente y ésta funciona solo cada tres días durante cuatro horas.
El tanque ecualizador tiene una capacidad de manejar caudales de 35-40 GPM y en él se amortiguan las fluctuaciones y se controla el pH para minimizar los requerimientos de químicos, necesarios para la neutralización. Debido a que el caudal Gráfico 3. Secuencia de operaciones para la recuperación de agua tratada.
bombeado al tanque ecualizador es mayor que el caudal de diseño, éste se llena rápidamente presentando altos reboses y consecuentemente los frecuentes derrames.
Luego, del tanque ecualizador el flujo llega al neutralizador por medio de bombeo, el pH de este caudal oscila entre 2,5 y 4,8 por lo que se le adiciona automáticamente sosa cáustica (neutralizante básico), para lograr un rango de neutralización de 6,5 a 8,5 de pH. La sosa cáustica reacciona con el aluminio presente formando el hidróxido de aluminio el cual precipita.
El flujo sale del tanque neutralizador con un pH aproximado de 8,3 y por gravedad pasa al de retención y de éste último, el agua neutralizada es llevada por bombeo al clarifloculador. A su vez, se dosifica desde el tanque de polímero el químico floculante al tanque clarifloculador.
El químico es un polímero aniónico (Lipesa 727) el cual se encarga de formar flóculos que atrapan los compuestos de aluminio, la dosificación de mismo es descontrolada debido a fallas de la bomba dosificadora lo que ocasiona frecuentemente una sobredosificación o subdosificación al sistema.
Tanto el agua neutralizada como el polímero entran el tanque clarifloculador, en él se sedimenta las partículas de hidróxido de aluminio las cuales tienen una elevada densidad y están en cantidades reducidas. Luego de ocurrir la floculación, el precipitado de color gris es enviado por medio de bombeo al lecho de lodo, donde se seca y luego es desechado.
Posteriormente, el flujo que sale del clarifloculador es almacenado en un tanque de recuperación interno de efluente el cual posee un control de nivel por medio de un flotador de manera tal que cuando el fluido se encuentra a una cierta altura se acciona la bomba la cual envía el agua al tanque de recuperación externo, éste último presenta usualmente restos de polímero cuando hay sobredosificación en el tanque clarifloculador.
Finalmente, el agua tratada es introducida al proceso no sin antes pasar por un filtro cuya finalidad es remover aquellas partículas que no pudieron ser eliminadas anteriormente.
De la observación directa, se señala primordialmente que el tanque ecualizador presenta altos reboses y consecuentemente los frecuentes derrames, a su vez la dosificación de polímero no es la adecuada debido a las fallas de la bomba y el tanque de recuperación externo presenta usualmente restos de polímero.
Muestreo
La técnica de muestreo utilizada para el estudio del agua residual aseguró la
obtención de muestras representativas, ya que los datos que se derivaron de los
análisis de éstas dieron base para cumplir el primer objetivo planteado en este
proyecto de investigación.
Como se mencionó anteriormente, no existen procedimientos universales de
muestreo para análisis de aguas, éstos deben diseñarse específicamente para cada
situación. Por ello, el investigador procedió a elaborar un plan donde seleccionó
adecuadamente los puntos de toma de muestra, la frecuencia a tomar y los equipos a
utilizar.
Estaciones de Muestreo
Se estudió la secuencia de operaciones que se ejecutan en la planta de
efluentes para recuperar la calidad del agua y así determinar las estaciones de
muestreo. Esto permitió detectar los puntos para la medición de los caudales y para la
recolección de muestras de agua residual a la salida de cada uno de los tanques para
analizar los sólidos totales disueltos, pH y la temperatura. En el Gráfico 4, se señalan
esquemáticamente los puntos del muestreo.
Intervalos de Muestreo
Como la variación por hora de los caudales, sólidos totales disueltos, temperatura y pH eran muy bajos, se estableció un intervalo de muestreo lo suficientemente corto, es decir, fue planificado para cuatro semanas y se tomaron muestras diarias en un lapso de cuatro horas, garantizando que la representatividad de las muestras sea máxima. Equipo de Muestreo
Fue de suma importancia la selección adecuada del equipo de muestreo para la medición de los caudales, sólidos totales disueltos, pH y temperatura, por lo que se utilizaron los instrumentos necesarios para la detección de cada parámetro señalado. Para la medición de caudales se utilizó una jarra y un cronómetro, para los sólidos totales disueltos se empleó el conductivímetro y el pH y la temperatura fueron analizados mediante un medidor de pH.
LEYENDA:
(1) Lavadoras
(2) Fosa de Sump
(3) Tanque Ecualizador
(4) Tanque Neutralizador
(5) Tanque de Sosa Cáustica
(6) Tanque de Retención
(7) Tanque de Polímero
(8) Tanque Clarifloculador
(9) Lecho de secado
(10) Tanque de recuperación interno
(11) Tanque de recuperación externo
Puntos de muestreo
Gráfico 4. Esquema de Puntos de Muestreo. Elaborado por el Autor. Muestreo del Tablero de Damas
Mediante este instrumento se registró de manera continua durante cuatro semanas los caudales, la conductividad, el pH y temperatura conforme al plan de muestreo planificado y también se determinó experimentalmente la variabilidad de la calidad del agua proveniente del proceso productivo y la relación con los parámetros de funcionamiento de plantas de tratamiento de aguas residuales, cumpliendo así con el primer objetivo planteado en este proyecto de investigación. Es de suma importancia señalar que los datos presentados en cada uno de los cuadros mostrados a continuación son promedios de muestreo por hora durante cinco días continuos de cada semana, lográndose así presentar mediciones semanales. Durante la primera semana, se observó que la variación estándar de los caudales por hora fue baja de 3,54 GPM, la lavadora presentó reboses altos de 54,03 GPM y por ende, el tanque ecualizador manejó un caudal mayor al cual está diseñado (entre 35-40 GPM). La dosificación de polímero fue la adecuada según la tabla de Dosificación de Polímero en Polvo (Anexo B) y cabe destacar que el caudal de agua recuperada proveniente del tanque de recuperación externo fue de 21,9 GPM, menor que el de salida de la lavadora de 54,03 GPM, reflejándose grandes pérdidas en la recuperación (Cuadro 5).
Cuadro 5
Medición de caudales en la primera semana
ESTACIONES
Lavadoras
Fosa de
Sump
Tanque
Ecualizador
Tanque de
Polímeros
Tanque
Clarifloculador
Tanque de
Recuperación
Externo
Hora
Caudal en GPM
7.00 a.m. 56,86 51,17 39,2 0,129 39,62 21,45
8.00 a.m. 57,26 51,53 39,2 0,125 39,61 22,35
9.00 a.m. 50,34 45,30 39,2 0,123 39,63 21,8
10.00 a.m. 51,69 46,52 39,0 0,128 39,62 22,0
Promedio 54,03 48,63 39,15 0,126 39,62 21,9
A su vez, la desviación estándar de sólidos totales disueltos entre los tanques fue alta de 72,81ppm y los mismos se incrementan gradualmente en cada uno de ellos exceptuando el de retención y el tanque de recuperación externo donde disminuyen paulatinamente, el clarifloculador presentó una mayor concentración de sólidos de 525 ppm con respecto a los otros tanques (Cuadro 6).
Cuadro 6
Medición de sólidos totales disueltos en la primera semana
ESTACIONES
Lavadoras Tanque
Ecualizador
Tanque
Neutralizador
Tanque de
Retención
Tanque
Clarifloculador
Tanque de
Recuperación
Externo
Hora
Sólidos Totales Disueltos en ppm
7.00 a.m. 350 366 478 470 554 464
8.00 a.m. 360 362 493 481 521 475
9.00 a.m. 328 368 498 477 505 487
10.00 a.m. 340 365 483 476 520 473
Promedio 345 365 488 476 525 475
Por otra parte, la variación del pH por tanque fue baja de 1.46, observándose que en las lavadoras y el tanque ecualizador al agua posee alto grado de acidez de 5,14 y 4,96 respectivamente, pero en el neutralizador debido a la acción de la sosa cáustica el pH se incrementa a casi 8, permaneciendo constante en cada uno de los tanques siguientes (Cuadro 7).
Cuadro 7
Medición de pH en la primera semana
ESTACIONES
Lavadoras Tanque
Ecualizador
Tanque
Neutralizador
Tanque de
Retención
Tanque
Clarifloculador
Tanque de
Recuperación
Externo
Hora
pH
7.00 a.m. 5,16 4,93 7,83 7,71 7,80 7,77
8.00 a.m. 5,12 5,04 7,87 7,94 7,84 7,77
9.00 a.m. 5,37 4,93 8,33 8,01 7,82 7,85
10.00 a.m. 4,97 4,92 7,90 8,00 7,81 7,78
Promedio 5,15 4,96 7,99 7,91 7,82 7,79
Otro aspecto investigado durante la primera semana fue la temperatura, observándose una baja desviación de 0,68°C entre los tanques, es decir que este parámetro permaneció constante y no presenta mayor variación (Cuadro 8). Cuadro 8
Medición de temperatura en la primera semana
ESTACIONES
Lavadoras Tanque
Ecualizador
Tanque
Neutralizador
Tanque de
Retención
Tanque
Clarifloculador
Tanque de Recuperación
Externo Hora
Temperatura en °C
7.00 a.m. 26,50 26,00 26,50 25,83 25,63 24,67
8.00 a.m. 27,53 26,63 26,87 26,20 25,67 24,93
9.00 a.m. 26,57 26,63 27,00 26,27 25,80 25,67
10.00 a.m. 26,77 26,43 26,67 25,90 25,43 25,07
Promedio 26,84 26,43 26,76 26,05 25,63 25,08
Seguidamente durante la segunda semana, se observó que la variación estándar de los caudales por hora fue baja de 2,41GPM, la lavadora presentó reboses muy elevados de 79,22 GPM y en consecuencia, el tanque ecualizador manejó un caudal mayor al cual está diseñado (entre 35-40 GPM). La dosificación de polímero no fue la adecuada según las especificaciones de la tabla del Anexo B, por lo que hubo una sobredosificación de 0,159 GPM y es importante señalar que el caudal de agua recuperada proveniente del tanque de recuperación externo fue de 21,9 GPM, es menor que el de salida de la lavadora de 79,22 GPM, reflejándose grandes pérdidas en la recuperación (Cuadro 9). Cuadro 9
Medición de caudales en la segunda semana
ESTACIONES
Lavadoras Fosa de
Sump
Tanque
Ecualizador
Tanque de
Polímeros
Tanque
Clarifloculador
Tanque de Recuperación
Externo Hora
Caudal en GPM
7.00 a.m. 81,23 73,10 36,50 0,160 38,63 21,45
8.00 a.m. 75,71 68,13 37,00 0,157 37,15 22,35
9.00 a.m. 79,93 71,93 37,00 0,169 38,72 21,80
10.00 a.m. 80,04 72,03 37,00 0,153 43,98 22,00
Promedio 79,22 71,29 36,87 0,159 39,62 21,9
A su vez, la desviación estándar de sólidos totales disueltos entre los tanques fue alta de 71,44 ppm, pero cabe destacar que los mismos se incrementan gradualmente en cada uno de los tanques exceptuando el de retención y el tanque de recuperación externo donde disminuyen paulatinamente, el clarifloculador presentó la mayor cantidad de sólidos de 520 ppm con respecto a los otros tanques (Cuadro 10). Cuadro 10
Medición de sólidos totales disueltos en la segunda semana
ESTACIONES
Lavadoras
Tanque
Ecualizador
Tanque
Neutralizador
Tanque de
Retención
Tanque
Clarifloculador
Tanque de
Recuperación
Externo
Hora
Sólidos Totales Disueltos en PPM
7.00 a.m. 333 355 470 464 520 514
8.00 a.m. 350 389 504 481 542 517
9.00 a.m. 348 371 472 458 499 465
10.00 a.m. 351 370 477 463 520 493
Promedio 345 371 481 466 520 497
Por otra parte, la variación del pH por tanque fue baja de 1.18, observándose que en las lavadoras y el tanque ecualizador al agua posee alto grado de acidez de 5,67 y 5,51 respectivamente, pero en el neutralizador debido a la acción de la sosa cáustica el pH se incrementa a casi 8, permaneciendo constante en cada uno de los tanques siguientes (Cuadro 11).
Cuadro 11
Medición de pH en la segunda semana
ESTACIONES
Lavadoras Tanque
Ecualizador
Tanque
Neutralizador
Tanque de
Retención
Tanque
Clarifloculador
Tanque de
Recuperación
Externo
Hora
pH
7.00 a.m. 5,33 5,53 8,02 7,96 7,86 7,79
8.00 a.m. 6,14 5,54 7,88 7,96 7,89 7,83
9.00 a.m. 5,69 5,51 7,96 7,72 7,83 7,86
10.00 a.m. 5,50 5,47 7,95 7,84 7,91 7,84
Promedio 5,67 5,51 7,95 7,87 7,87 7,83
Otro parámetro de calidad de agua analizado fue la temperatura, observándose una baja desviación de 0.51°C entre los tanques, no hubo mayor variación de la misma por hora y éste permaneció constante en cada uno de ellos (Cuadro 12).
Cuadro 12
Medición de temperatura en la segunda semana
ESTACIONES
Lavadoras Tanque
Ecualizador
Tanque
Neutralizador
Tanque de
Retención
Tanque
Clarifloculador
Tanque de
Recuperación
Externo
Hora
Temperatura en °C
7.00 a.m. 25,37 24,37 25,27 24,60 24,57 23,70
8.00 a.m. 26,90 25,67 25,97 25,30 25,23 25,20
9.00 a.m. 26,00 24,67 24,97 24,63 24,57 24,90
10.00 a.m. 25,60 25,23 25,37 24,70 24,57 24,70
Promedio 25,97 24,98 25,39 24,81 24,73 24,63
Consecutivamente en la tercera semana, se observó que la variación estándar de los caudales por hora fue baja de 1,2 GPM, la lavadora presentó reboses muy altos y por ende, el tanque ecualizador manejó un caudal mayor al cual está diseñado. La dosificación de polímero no fue la adecuada según las especificaciones de la tabla del Anexo B, por lo que hubo una subdosificación en el sistema de 0,108 GPM y es importante señalar que el caudal de agua recuperada proveniente del tanque de recuperación externo fue de 41 GPM, es menor que el de salida de la lavadora de 63,17 GPM, reflejándose pérdidas en la recuperación (Cuadro 13). Cuadro 13
Medición de caudales en la tercera semana
ESTACIONES
Lavadoras Fosa de
Sump
Tanque
Ecualizador
Tanque de
Polímeros
Tanque
Clarifloculador
Tanque de
Recuperación Externo Hora
Caudal en GPM
7.00 a.m. 62,31 56,07 38,25 0,111 36,22 42,5
8.00 a.m. 64,89 58,40 38,25 0,107 36,25 39,8
9.00 a.m. 62,37 56,13 38,25 0,105 36,17 40,3
10.00 a.m. 63,11 56,79 38,25 0,112 34,75 41,4
Promedio 63,17 56,84 38,25 0,108 35,84 41
A su vez, la desviación estándar de sólidos totales disueltos entre los tanques
fue alta de 69,6 ppm y los mismos se incrementan gradualmente en cada uno
exceptuando el de retención y el tanque de recuperación externo donde van
disminuyendo, el clarifloculador presentó la mayor cantidad de sólidos de 497 ppm
