DEWATERING Y TRATAMIENTO DE AGUAS
DEWATERING
Que es el Dewatering?
Es la separación físico/química de las fases sólida y liquida de un fluido de desecho. Su principal aplicación esta en el tratamiento de volúmenes de lodo en exceso. Remueve la mayoría de los sólidos coloidales de los fluidos fluidos de perforación.
DEWATERING Que es una Solución? Mezcla de 2 o mas sustancias que no reaccionan entre si. El tamaño de las partículas es atómico. Las sustancias en solución no pueden ser separadas por los procesos de coagulación y/o floculación. Ejm: Soluciones salinas (NaCl, KCl, etc) Que es una Suspensión? Mezcla homogénea de partículas desde tamaño molecular hasta tamaños visibles. Generalmente una suspensión tiene aspecto turbio. Las suspensiones pueden ser separadas por los procesos de coagulación y/o floculación, Ejm: lodo lodo
DEWATERING
Tiempo de Sedimentación. DIAMETRO
TIEMPO PARA CAER EN UN METRO DE AGUA
ARENA
10 segundos
ARENA FINA
2 minutos
LIMO
2 horas PARTICULAS COLOIDALES
0.001 mm
4 días
0.1 micrón
2 años
0.01 micrón
10 años
DEWATERING Coagulación
Desestabilización de las partículas en suspensión debido a la reducción de las cargas electroestáticas, lo cual permite que estas se muevan más cerca y más juntas Coagulation +
+ +
+
+
+ +
+
+
+
+
+
Negative Charge Particles
+
+ +
+
+ +
+
Cationic Coagulant
Destabilized Coagulated Particles l
+ +
+
+
+
+
+
+
+ +
+
+ +
+ +
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
+ + ++ + + + ++ + + + + +
+ +
+
+
+
+
+
+ + +
+
+ +
DEWATERING Floculación
Puenteo físico de dos o mas partículas, la cual aglomera estas partículas, las aglomeraciones son fuertes y resistentes a fuerzas mecánicas, por lo general es irreversible. Flocculation - -- - - - - - -- - - - - - - - - - -- - - - - - - -- - - - - - + - ++ - -- - + + + + + +- + + + - - - - - - - --- + + - -- - Negative-Charge Particles
l l
Multiple particles Strong flocs formed
+ + ++ +++ + + + ++ +++ + + + + ++ +++ + ++++ ++ + ++ + ++ + + + ++ + + +++ ++ + + + + + ++ ++ + + ++ + HMW Cationic Polymer
+
l l
- - + + + + - -+ + - +-+ - + + -+-+- - + ++-- + - --- ++ + + + -+ - + + - + --+++ + + - ----- + -+ +-- + + + --+ -+-- + -- + + + + + + + + + + + + - + - -+ - ---+- + - - + -+ + -+-+- + + + + + + + + +
Destabilized Flocculated Particles
Physical in nature - “Bridging”
Shear degrades floc - not reversible
DEWATERING Beneficios del Dewatering
Costo efectivo Vs transporte y opción de disposición.
Mejora la reología del lodo.
Reduce el volumen de desechos líquidos y costos cost os de disposición.
Reduce el consumo de agua y el impacto ambiental.
Altamente
efectivo en perforación con lodo bentonitico.
DEWATERING Variables del proceso de Dewatering Coagulante/Floculante
Mezclado • • •
Intensidad Efectividad de transporte Velocidad
Polímero • • • •
Lodo
• •
Tipo de carga y densidad Peso Molecular Distribución del Peso Molecular Configuración estructural de la molécula Estabilidad química Capacidad de disolución
Fluido Base • • • •
Tipo de carga eléctrica y densidad de carga Distribución del tamaño de particulas Concentración de partículas Fracción de partículas solubles / insolubles
Flóculos • • • •
Integridad mecánica del flóculo Densidad y porosidad poros idad Potencial de desprendimiento de agua Eficiencia de captura de partículas pequeñas
Separación Solucion aquosa • • • •
pH Contenido de Iones Contenido de iones de alto potencial de carga Contenido de compuestos organicos solubles
Sólidos Medio Filtrante • •
Solidos Deshidratados • • •
Consistencia de los lodos Claridad del efluente Porcentage de sólidos
•
Tipo de proceso (gravedad, presión, vacio o flotación Eficiencia mecánica del equipo Limpieza del medio filtrante
Filtrado
DEWATERING Floculantes y Coagulantes Típicos Coagulantes
Floculantes
Sales Inorgánicas
Polímeros Sintéticos
Sulfato Férrico
Poliacrilamidas
Cloruro Férrico
Polietileno
Cloruro de hierro
Oxido de Polietileno
Sulfato de Calcio
Polímeros Naturales
Sulfato de Aluminio
Almidones
Cloruro de Calcio
Gomas Sales Inorgánicas
DEWATERING Características de los Coagulantes Inorgánicos
Económicos Trabajan a limitados rangos de pH Requieren ajuste de pH antes de la coagulación. Producen excesivos lodos residuales Aumentan los sólidos disueltos al agua Problemas de corrosión
DEWATERING Eficiencia de los Polímeros.-
La eficiencia depende de los siguientes factores:
Concentracion de la solución Cantidad de agua de dilución posterior Tiempo de mezclado Intensidad de mezclado Tiempo de añejamiento Caracteristicas del agua de solución
DEWATERING Eficiencia de los Polímeros.Eficiencia de un Polímero en función de dosis 120% a v i t a l e R a i c n e i c i f E
100% 80% 60% 40% 20% 0%
0
2
4
6
8
10 12 14 16 18 20 22 24
Dosaje de Polímero
DEWATERING Tipos de Cargas de los Polimeros Los Polímeros se fabrican de tres tipos de carga eléctrica:
Aniónicos - cargados negativamente
Catiónicos - cargados positivamente
No ionicos - neutros, sin carga
DEWATERING Tipos de Cargas de los Polimeros Productos Cytec para el tratamiento de lodos de perforacion: Floculantes
tipo en polvo aniónicos y no-ionicas: l Cyfloc 4000, 4010, 4020, 4500, Cyfloc 1143 Floculantes tipo emulsión aniónicas y no-ionicas: l Cyfloc 5200, 5300, 5500 Floculantes tipo en polvo catiónicos: l Cyfloc 1133, 1146 , 1148, 1125 Floculantes tipo emulsión catiónicas: l Cyfloc 1154, 1156, 1136, 1151, 1137, 1230 Floculantes catiónicas tipo líquidas: l Cyfloc 7000 Coagulantes catiónicas tipo líquida: l Cyfloc 6100 , 6120, 6620, 6200, 8100, 8200, 8200, SF C 7787
DEWATERING Preparación de los soluciones de Polímeros. Sistema automático para polímeros en polvo
•
Agua
Mezclador Agua de dilución Medidor de Flujo
. . Dosificador de Polímero
Agua de humedactación
Tanque de solución
Mezclador estático
Tanque de añejamiento Bomba de Desplazamiento Positivo
Bomba Dosificadora
DEWATERING Preparación de los soluciones de Polímeros.
Se debe prehidratar las particulas antes de añadir al tanque mediante un eductor. La concentracion recomendada es de 0.1 a 1% peso. Emplear baja intensidad de mezclado de 60 a 80 rpm en el agitador. Deje añejar la solución por lo menos 30 minutos Caracteristicas del agua de dilución
DEWATERING Añejamiento de los Polímeros. Polímero
+
+ Agua +
+ +
+
+ +
+
+
+
+ +
+
+
+
+ +
+
+
+
+
+
Gota de Emulsión o Grano de Polímero
TIEMPO (30 Minutos) +
+
+
+ +
+ +
+
+ + +
+
Molécula de Polímero añejada
+ +
+ +
+
+
+
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
+
Fuerza de repulsión
DEWATERING
Optimización en la adición de floculante a las centrifugas: Puntos de adición: Muchas centrifugas centrifugas tienen un sólo punto de adición del floculante.
Multiples puntos de adición permite una mejor optimización de la eficiencia del proceso.
Posible puntos de adición: En la succión de la bomba de lodo de la centrifuga. En la descarga de la bomba de lodo de la centrifuga. A la entrada a la centrifuga. centrifuga. En uno o más puntos entre la bomba de lodo y la centrífuga.
Pruebe cada punto para determinar el que ofresca mejor resultados.
DEWATERING
Optimización en la adición de floculante a las centrifugas: Centrifuga Válvula de mezclado, mezclador estático o mezclador dinámico de linea
Filtrado
Lodo
Bomba de Lodos
Dosificadora de Polímero
DEWATERING
Selección del floculante/coagulante:
El programa de tratamiento se determina por medio de pruebas de laboratorio, llamado pruebas de jarras: Preparar soluciones de coagulantes de 1% a 2% (p/v) y de floculantes de 0.1% a 0.3% (p/v). Ensayar el coagulante a distintas concentraciones el fluido a tratar. Ensayar el floculante a distintas concentraciones sobre el fluido con el coagulante seleccionado.
DEWATERING
Ensayar el floculante a distintas concentraciones sobre el fluido con el coagulante seleccionado pero diluyendo el fluido. Ensayar el floculante a distintas concentraciones sobre el fluido con el coagulante seleccionado no diluido con ajuste de pH 6-7 Ensayar el floculante a distintas concentraciones sobre el fluido con el coagulante seleccionado y ajuste de pH pero a distintas diluciones. Repetir todo con diferente coagulantes y floculantes.
DEWATERING FACTORES QUE AFECTAN EL DEWATERING
pH puede afectar los costos del dewatering Los dispersantes hacen que el proceso sea difícil (generalmente es muy costoso) Los coagulantes pueden ser usados para reforzar las reacciones químicas Los polímeros líquidos generalmente tienen mayor costo que los secos. El tiempo de hidratación es critico en los polímeros secos.
DEWATERING Diseño Básico de un Sistema de Lodo Liviano 1
Pump
2
Coagulants
3
Flocculants
4
Dewatering Unit
5
518 Centrifuge
A
Blending & Storage
B
Drill Water
C
Solids Discard
D
Clean Liquid to Active System or Storage
E
Mud from Active System
A
E
2 3
5
1
C
4
B
D
DEWATERING Diseño de un Sistema de Lodo Pesado, con Filtro de Cartucho 1 2
Process Tank 1 Agitator
3
Pump
4
Coagulants
5
Flocculants
6
Dewatering Unit
7
518 Centrifuge
8
414 Centrifuge
9
Barite Hopper
10
Jet
11
Liquid Return Pump
12
Process Tank 2
13
Dual Cartridge Filter Unit
A
2
8
4 1
5
10
7
9
3
F 11 A
Chemical Blending & Storage
B
Drill Water
C
Solids Discard
D
Clean Liquid to Active System or Storage
E
Mud from Active System
F
Barite to Active System
G
Polished Liquid to Active
C 6
E
C D
B 12
13
System, Storage or Discharge To Environment. G
DEWATERING Diseño Típico de un Sistema de Clima Frío 1
Drilling Fluid Centrifuge Effluent Clean Water Dirty Water Acid Coagulant Solids
2 2
3
Flow Line 2 Rig Shaker 3 Mud Cleaner 4 Active Mud System System 5 Feed Pump 6 Centrifuge 7 Enviro Unit 8 Living Area 9 Mix Tank 10 Store Tank 11 Acid Tank 12 Coagulant Tank 13 Catch Tank: Clean Water 1
4 4 8 4
6
9 10 11 7
12 13
14
16
14 15 16
Catch Tank: Dirty Water Storage Tank: Clean Water Storage Tank: Dirty Water
5 15
DE-WATERING Diseño Típico de un Sistema de Invierno Fuerte 1 2 3 4 5 6 7
12
8 9 10 11 12
Mix Tank Store Tank Acid Tank Coagulant Tank Catch Tank: Clear Water Catch Tank: Dirty Water Agitator Flocculant Transfer Pump Main Switchboard Polymer Dosing Pump Centrate Pump Living Area
7 1 7 2
9
3 7
8 8
4
10
5 10
6
11 11 SW 00067 C
EQUIPO DE DE-WATERING Consola de Polímero Liquido
Medidores de Coagulante y Polímero
Mezcladores de Coagulante y Polímero
Medidor de Agua y Lodo Alimentado Mezclador Estático Bomba
EQUIPO DE DEWATERING Unidad de Dewatering
EQUIPO DE DE-WATERING Sistema Automatizado
EQUIPO DE DE-W DE-WA ATERING Sistema Automatizado
TRATAMIENTO DE AGUAS
TRATAMIENTO DE AGUAS Que es un tratamiento de Aguas ?
Es un tratamiento y pruebas finales que se le dan al agua industrial, de dewatering, lluvia o domestica para que cumpla con los estándares de disposición al medio ambiente o para re-uso en el equipo Puede ser hecho en piscinas, tanques australianos, plantas de depuración, filtración o frac tanks
TRATAMIENTO DE AGUAS CARACTERISTICAS FISICAS DEL AGUA Turbiedad
(Fenómeno óptico que se mide por la mayor o menor resistencia del agua al paso de la luz) Color (verdadero es debida a sustancias en solución, 90% con tamaños <10 , aparente debida a sustancias en suspensión) Sabor (se cuantifica por el numero de veces que se debe diluir con agua insalubre, hasta que el sabor deja de percibirse) Olor (se cuantifica por el numero de umbral de olor) Sólidos suspendidos
TRATAMIENTO DE AGUAS CARACTERISTICAS QUIMICAS DEL AGUA pH Sólidos disueltos totales (Iones y Cationes) Alcalinidad (pf/mf o relación entre pH de fenolftaleina
y pH del metil naranja. Muestra la concentración de H+ y OH-) Dureza (contenido de calcio y/o Magnesio) Oxigeno disuelto Sulfatos Cloruros Conductividad (mide la cantidad de iones presentes) Demanda química de oxigeno DQO Demanda bioquímica de oxigeno DBO
TRATAMIENTO DE AGUAS Manejo y Tratamiento de Aguas / Sistema Abierto
Sistema de Tanques Australianos
Sistema de Piscinas
TRAT TRATAMIENTO AMIENTO DE AGUAS AGUAS Floculación / Sedimentación en un Sistema de Piscinas Doble C o a g u la n t s F lo c c u la n t s C ir c u la t io n P u m p M is t S y s t e m C h e m i c a l I n j e c t i o n C h e m i c a l P u m p I n j e c t i o n P u m p
A e r a t i o n o r C ir c u la t io n P u m p
A e r a t i o n P u m p
i g i R f
O ilT r
P it N o . 2 1 0 , 0 0 0 1 2 , 0 0 0
M is t S y s t e m
C ir c u la t io n P u m p
T r a n s f e r P u m p
e l c y c e g i R o t T r a n s f r e o t e s a e l e R P u m p t n e m n o r i v n E
C ir c u la t io n P u m p P it N o . 3 8 , 0 0 0 1 0 , 0 0 0 b b ls
TRATAMIENTO DE AGUAS Coagulants Flocculants Circulation Pump
Chemical Injection Pump
Mist System
Aeration on Pump
Chemical Injection Pump
Mud
TREATMENT IN PROGRESS
Clear Water
AFTER TREATMENT
Settled Flocculated Solids
SW 9190 C
TRATAMIENTO DE AGUAS Tratamiento de Aguas en Tanques Australianos Fresh water supply Run-off water Mud Dewatering effluent Treated water Gray water & treated Domestic water
3
1
4 6
2
5 10
2
7
2
9 8 1 Water Supply 2 Centrifugal Pump
11
3 Rig Tank 4 Camp 5 Domestic Water
Treatment Unit 6 Drilling Rig 7 Solids Control System 8 Dewatering Unit 9 Skimmer 10 Contingency Storage Tank
12 Chemical Tank 13 Flocculation & Settling
2
13
12
15
12
Tank No.2 14 Final Adjustment Tank No.3
(Lab testing for quality control) To Re-use
16
14
2 12
TRATAMIENTO DE AGUAS Tratamiento de Aguas en Frac Tanks 1
Drilling Rig
A
Water for Treatment
2
Skimmer Centrifugal Pump Chemical Dosage Tank Static Mixer Water Treatment Unit (480 Flocculation Tank Settling Tank Final Adjustment Tank
B C
Sludge Discharge Treated Effluent
D
To Final Storage or Disposal
3 4 5 6 7 8 9 10
Sludge Catchment
D
bbls ) C 3 1
Tank
9
8 10
6
B
7
3
4 4 5
3
2
TRATAMIENTO DE AGUAS Planta de Depuración de Agua 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
13
Storage Pit Water Treatment Module Mixing Flocculation Tank Chemical Dosage Tank Settling Tanic Tank Sludge Discharge RL3 Sand Filter Activated Charcoal Charcoal Filter Filtration Unit Return to Active System Treated Water Storage Tank Treated Water Distribution
4 4
4
4
1 3
12 5
2
13
7 8
6 9
10
2
TRATAMIENTO DE AGUAS Filtración A B C D E F
1 2 3 4 5 6
Flow Inlet Disposal if Not Treatable Seawater Inlet Circulation Line Discharge Below 40 ppm Return Line Above 40 ppm Pit for 2.5 times Wash Train Volume Back-up Pit Circulation Circulation Pit 70 to 100 cbm 20 micron Solid Filter Oil Adsorbent Filter Hydrocarbon Online Monitor (Option)
A
1 B 2 F
4 3 4
5
C
D
5
F 6
TRATAMIENTO DE AGUAS
PROCESO GLOBAL
Lodo
Dilución pH Otros quimicos
Centrífuga
Mezclado
Filtrado
Sólidos
Coagulante
Clarificador Final
Sulfato Aluminio Floculante Cal
•
Floculante
Aire
Proceso Biológico
• •
Tanque de tratamiento
CALCULOS DE CAMPO
Los Coagulantes mas comunes usados al 1% (p/v) son: Sulfato de Aluminio, Polímero 6100 y Polímero 7787. 0 .1% (p/v) Los Floculantes mas comunes usados al 0.1% son. Polímero OFXC 1143, OFXC 1146 y OFXC 1148 Los controladores de pH mas comunes al 1% (p/v) son: Cal hidratada, Soda cáustica y Ácido cítrico. Ej. Una solución de Sulfato de Aluminio al 1%, se deberá disolver una masa de 1 gr en 100 ml de agua.
CALCULOS DE CAMPO
Lodo Base Polimérico Prueba de Jarras: Tomar 500 ml de lodo. Volumen Volumen agregado de sulfato de aluminio, 6 ml al 1% (p/v). Volumen Volumen agregado de floculante OFXC, 1.5 ml al 0.1% (p/v). Lodo a Tratar: 400 bbl de lodo polimérico. Cuantos sacos de coagulante y floculante serán necesarios???
CALCULOS DE CAMPO
C1 * V1 = C2 * V2 C1 = Concentración del sulfato de aluminio en la solución de laboratorio C1 = (1/100)*6 = 0.06 gr de SO4 V2 = Volumen de lodo utilizado en la prueba V2 = 500 ml = 0.5 lt V1 = Volumen de Lodo a tratar V1 = 400 bbl = 63,694.2 lt C2 = Concentración de sulfato de aluminio a utilizar en el lodo C2 = 0.06* 63,694.2 63,694.2 / 0.5 = 7643.3 gr = 7.64 7.64 kg SO4 Aplicar el mismo paso para el floculante!!