Diseño de Una Planta de Tratamiento de Aguas Ácidas

Diseño de una planta de tratamiento de aguas ácidas Universidad Nacional Federico Villareal

Curso: Contaminación minera y de hidrocarburos

Profesor: Ing. Julio César Minga Integrantes: 

Amachel Carrillo, Gerardo



Calle Escalnte, Cindy



Delgado Berdillana, Ricardo



Mellado Delgado , Gabriela

Diseño de una planta de tratamiento de aguas ácidas

2015

Índice 1

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

2

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

3

Criterios de Descarga.................................................................................................... 4 3.1

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

3.1.1

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

efluente) 5 3.1.2

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

3.2

Resultados ........................................................................................................................... 6

3.3

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

4

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

5

Descripción de la Planta de Tratamiento HDS......................................................... 11 5.1

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

5.1.1

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

5.1.2

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

5.1.3

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

5.1.4

Clarificador ................................................................................................................ 13

5.1.5

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

6

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

7

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

8

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

9

Reactivos ...................................................................................................................... 17

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

Índice de tablas 1

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

2

Criterio de Descarga para la Planta de Tratamiento de las Aguas ácidas de la mina Tambomayo……………………………………………………4

3

Criterios de Diseño de la Planta de Tratamiento de aguas ácidas – Mina Tambomayo………………………………………………………8


2015

DISEÑO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS ÁCIDAS DE LA MINA TAMBOMAYO

1

Caracterización del efluente La caracterización del efluente a tratar es relevante para la determinación de la capacidad de los equipos y del área de almacenamiento del lodo. De la misma manera es necesario caracterizar el efluente a tratar para efectuar el diseño de la planta de tratamiento. La caracterización del efluente muestra que es ácido y contiene altas concentraciones de metales, particularmente hierro (Fe), zinc (Zn), cobre (Cu), manganeso (Mn) y aluminio (Al) y arsénico (As). El hierro y el arsénico se encuentran predominantemente en forma de partículas mientras que los otros metales se encuentran en solución (Tabla

1).

Tabla 1

Características del Efluente a Tratar Tomadas para el Diseño Unidades Total

pH

Valor

Disuelto

3.5

-

Total de Sólidos Suspendidos (TSS)

mg/L

150

-

Sulfato

mg/L

1,650

-

Metales Aluminio (Al)

mg/L

4.3

3.5

Arsénico (As)

mg/L

0.75

<0.03

Cadmio (Cd)

mg/L

0.08

0.05

Cobre (Cu)

mg/L

4.3

Hierro (Fe)

mg/L

Plomo (Pb)

4.3

83

1.61

mg/L

<0.05

<0.05

Manganeso (Mn)

mg/L

38

38

Zinc (Zn)

mg/L

42

42


2

2015

Caudal del Afluente Se ha establecido que el caudal de diseño para la planta de tratamiento es de 2349.76 m3/día , 97.91 m3/h, (27.19 L/s)

3

Criterios de Descarga La planta de tratamiento ha sido diseñada para que el efluente cumpla con los criterios establecidos por la legislación nacional vigente y con los criterios internacionales, cuando no se cuente con valores de referencia (Tabla 2).

Tabla 2

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

pH

u.e.

-

6 – 9

6 – 9

6 – 9

mg/L

-

25

25

15

mg/L

-

-

2*

1.5*

mg/L

0.2*

0.5**

0.1*

0.05*

Cadmio (Cd)

mg/L

0.05*

-

0.05*

0.005*

Cobre (Cu)

mg/L

0.5*

0.3**

0.3*

0.3*

Hierro (Fe)

mg/L

-

1**

3.5*

2*

Plomo (Pb)

mg/L

0.1*

0.2**

0.05*

0.05*

Manganeso (Mn)

mg/L

-

-

4.5*

3*

Zinc (Zn)

mg/L

25*

1**

2*

1*

Sólidos Totales en Suspensión (STS) Aluminio (Al) Arsénico (As)


1

2015

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

2

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

*Metales Totales **

Metales Disueltos

3.1 Monitoreo de Efluentes

3.1.1

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

Actualmente, el proyecto Tambomayo, no emite efluentes al cuerpo receptor, porque todo el efluente generado es re circulado al proceso. Sin embargo, se está contemplando el análisis del efluente antes de su recirculación, para ello se ha establecido un punto de control interno (EF-1) a la salida del Sistema de Tratamiento de Agua Residual Industrial (STARI). Para su designación se ha tenido en cuenta lo establecido por el D.S. Nº 010-

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

Diseño de una planta de tratamiento de aguas ácidas 3.1.2

2015

Parámetros analizados

Los análisis para el efluente minero comprendieron los parámetros establecidos en los Límites Máximos Permisibles (LMP) para la descarga de efluentes líquidos de Actividades Minero Metalúrgicas, según D.S.Nº010-2010-MINAM, así como los establecidos en los –

Estándares Nacionales de Calidad Ambiental para Agua, Categoría 3 (Riego de vegetales y Bebidas de animales), D.S.Nº002-2008-MINAM.

3.2 Resultados

Los cuadros con los resultados de los análisis fisicoquímicos y microbiológicos para las épocas húmeda y seca, así como los informes de ensayo de laboratorio son presentados en el Anexo 4.2.2.


Resultados del Análisis del Efluente minero

2015


2015

3.3 Evaluación de Resultados

Los resultados indican que los parámetros fisicoquímicos evaluados en el efluente minero EM-1 (que es re circulado para su uso en operaciones mineras), tanto en la época seca como en la época húmeda, presentan valores por debajo de los límites máximos permisibles para efluentes minero metalúrgicos, establecidos en el D.S. Nº010-2010 MINAM, por lo que cumple con la normativ

4

Criterios de Diseño Los criterios de diseño son la base para efectuar el diseño de la planta de tratamiento y son utilizados para efectuar el dimensionamiento de los principales componentes de la planta. Los criterios de diseño de la planta de tratamiento de aguas ácidas de la mina Tambomayo se resumen en la Tabla:

Tabla 3

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

3

Caudal de dise ño

m /h

97.91

3960

3024

Factor de capacidad hidráulica máximo

-

1.2

-

-

Coeficiente de rechazo

-

0.6

-

-

Caudal máximo

m /h

3

120.6

-

-

Caudal mínimo

m /h

3

3024

-

-

Número de reactores

-

2

-

-

1260

-

-

15

19

25

Capacidad del tanque reactor Tiempo de residencia por tanque

M

3

min.

Diseño de una planta de tratamiento de aguas ácidas Clarificador Tasa de rebose del clarificador

m/h

1.2

0.94

0.72

Diámetro del clarificador

M

73

73

73

Altura del cilindro

M

3

-

-

12600

-

-

H

2.5

-

-

-

20

20

20

%

15

15

15

%

25

25

25

3

176

139

106

3

294

231

176

3

176

139

106

Volumen del clarificador (altura = pared del cilindro) Tiempo de residencia del clarificador Tasa de recirculación de masa (de dise ño) Porcentaje mínimo de sólidos en el lodo Porcentaje máximo de sólidos en el lodo Caudal de dise ño para recirculación de lodos Caudal de recirculación de lodos para Mín. % de sólidos Caudal de recirculación de lodos para Máx. % de sólidos

M

3

m /h

m /h

m /h Cal

Dosificación de Ca(OH) 2

g/L

0.25

0.15

0.15

Dosificación teórica de cal viva CaO

g/L

0.19

0.11

0.11

CaO disponible

%

85

85

85

Eficiencia de utilización

%

92

92

92

Dosificación de cal viva CaO de dise ño

g/L

0.24

0.15

0.15

t/h

1.2

0.6

0.4

t/día

29.3

13.8

10.5

Concentración de la solución de lechada de cal

%

15

15

15

Consumo másico de lechada de cal

t/h de lechada de cal

8.1

3.8

2.9

Gravedad específica (GE) de partículas de cal

-

2.2

2.2

2.2

GE de la lechada de cal

-

1.089

1.089

1.089

Caudal de lechada de cal a utilizar

m /h

7

4

3

Consumo de cal viva CaO de diseño

3

2015


Tiempo de almacenamiento de la lechada de cal Volumen del tanque de almacenamiento de lechada de cal Dosificación de floculante Consumo de floculante

2015

H

12

25

33

3

90

90

90

2 190

2 6 145

M

Floculante Mg/L 3 Kg/h 15.1 kg/día 363

7.9

Concentración de la solución de floculante primaria Tasa de alimentación de la solución floculante primaria Concentración del floculante diluido

%

0.3

0.3

0.3

L/min

84

44

34

%

0.05

0.05

0.05

Agua para dilución del floculante

L/min

504

264

202

t/h

0.5 60 2.5

0.5 48 2

0.5 39 1.5

%m/%m

15

15

15

25

25

25

-

45

-

t/día

403

317

242

-

2

-

-

-

1.08

-

-

Producción de Lodo Tasa de producción de lodo Producción de lodo – peso seco Porcentaje de sólidos en el lodo (mínimo) Porcentaje de sólidos en el lodo (de diseño) Porcentaje final de sólidos en el lodo (deposito final) Producción de lodo – peso seco @ 15% de sólidos GE de los sólidos presentes en el lodo

g/L t/día

%

GE del Lodo (lodo + agua) Tasa de disposición de lodos @ 15% de sólidos Producción de lodo – peso seco @ 25% de sólidos GE del Lodo (lodo + agua) Tasa de disposición de lodos @ 25% de sólidos Producción de lodo – peso seco @ 45% de sólidos GE del Lodo (lodo + agua) Producción Anual de Lodos @ 45% de sólidos

3

m /día

373

293

224

t/día

242

190

145

-

1.143

1.143

1.143

212

166

127

3

m /día t/día

-

106

-

-

-

1.29

-

3

-

29,872

-

m


5

2015

Descripción de la Planta de Tratamiento HDS El diseño del proceso seleccionado para la planta de tratamiento de aguas ácidas de la mina Tambomayo, es el de lodos de alta densidad (HDS). La base de este proceso es la adición de cal a lodos recirculados al inicio del sistema (tanque de mezcla de cal/lodosLodos/Cal). La finalidad es incrementar el pH es proveer las condiciones necesarias para la densificación del lodo, convirtiéndolo en un material denso, granular, de libre drenaje con una viscosidad relativamente baja, llevándose a cabo las reacciones de neutralización, oxidación y precipitación; lo cual se produce en los tanques reactores.

El rebose de los tanques reactores es transportado hacia un Clarificador donde se efectúa la separación de sólidos (lodos precipitados). Se adiciona un

floculante

diluido para flocular los sólidos suspendidos y producir aglomerados que sedimentan en el Clarificador, generando un rebose clarificado. El exceso de lodos precipitados del Clarificador es bombeado, a las pozas de lodos para su desagüe, secado y posterior disposición final fuera del área de la planta.

5.1

Tratamiento de agua de mina del Proyecto Minero Tambomayo

Las aguas acidas en la mina son generadas debido a la oxidación química de los minerales sulfurados contenidos en las rocas cuando son expuestos a la acción del agua y del aire, y en muchos casos esta oxidación es acelerada por la acción de bacterias. La presencia de lluvias ocasionada un contacto del agua con zonas mineralizadas, ocasionando la alteración de ciertos minerales generándose acides (formación de aguas acidas), ya que reaccionan los sulfuros el aguas y el oxígeno.


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En el Estudio de impacto ambiental del proyecto minero Tambomayo presentado por la Compañía de Minas Buenaventura S.A.A. se menciona el tratamiento de las aguas acidas generadas durante el proceso minero.

5.1.1 Fuentes de aguas ácidas

Las aguas acidas provendrán de dos zonas: agua de mina y del depósito del material estéril. Las aguas que se infiltren en el depósito de material estéril serán captadas mediante un sistema de subdrenaje emplazado en el fondo del depósito el cual ira apoyado sobre la capa de protección de la geomembrana de impermeabilización. Estas aguas captadas de la infiltración serán trasladadas a la poza colectora de filtraciones que se encontrara en la parte baja del depósito del material estéril. Estas aguas serán derivadas por gravedad a la planta de tratamiento de aguas acidas.

5.1.2 Proceso de tratamiento de aguas ácidas

El agua de mina tipo A y B (provenientes de canaletas y bombas) procedente del proceso de la actividad minera ingresará al tratamiento de aguas ácidas. Estas aguas serán colocadas en pozas para ser distribuidas a los procesos de tratamiento.

5.1.3 Tanque reactor

Se contará con dos tanques reactor donde se llevará a cabo la neutralización con la adición de cal, con la finalidad de incrementar el pH hasta un valor de 11. Por otro lado, la cal adicionada contribuirá con la precipitación de los metales presentes ya que los hidróxidos se unirán a estos haciéndolos precipitar. Sin embargo, conforme se avanza en la profundización de la mina, es posible que el agua se torne más agresiva y la caracterización química del agua cambie y por ello se tiene proyectado la actualización de la planta en el momento necesario con la adición de un


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tanque reactor mas para la precipitación de los metales con la adición de sulfhidrato de sodio, un sistema de almacenamiento y dosificación d e acido sulfúrico.

5.1.4 Clarificador

La entrada de agua se hace a través de una tubería que corre de un costado del clarificador al tanque central de alimentación. Luego, por medio de una turbina central es enviado hacia el fondo del clarificador. En esta etapa los metales filtrados se mezclan con lodos y se quedan en el fondo del clarificador. Una especie de molino permite que el agua limpia ascienda hacia la superficie. Una parte del agua clarificada es recolectada por medio de artesas que tienen orificios en todo su longitud. Estas la dirigen a la artesa principal, la cual se encargará de transportar el agua al tanque de bombeo o poza de almacenamiento. En el trayecto se adiciona ácido sulfúrico para regular el pH en el rango establecido cuyo valor promedio en descarga es de 7.2. La otra parte del agua clarificada será bombeada hacia el tanque de agua recuperada para preparación, tanque de solución barren, tanque de agua tratada de mina, tanque de agua recuperada de flotación. Pero un porcentaje de esta otro parte de agua volverá a ingresar al proceso de neutralización (recirculación del agua).

5.1.5 Poza de almacenamiento

El agua clarificada es almacenada en esta poza para su posterior vertimiento siempre y cuando cumplan el efluente que sale de la planta de tratamiento cumpla con los Límites Máximos Permisibles.


2015

5.1.5.1 Bomba sumergi ble

Esta bomba se encontrará dentro de la poza de almacenamiento para poder enviar una parte del agua almacenada hacia los tanques ya mencionadas para así utilizar el agua en el proceso de minado (recirculación del agua)

6

Componentes: Dentro de los componentes del proyecto se tienen los siguientes:

 Bombas de Alimentación de la planta  Cisterna de agua de contingencia  Paquete de preparación del floculante  Bombas de transferencia de lechada de cal  Bomba de sumidero de ácido sulfúrico.  Flujo de entrada de afluente  Tanques reactores  Tanque de neutralización pH 11  Tanque de neutralización pH 7  tanque de mezcla de cal/lodos y agitador 

Cajón de paso a la planta clarificadora


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 Clarificador  bomba de recirculación de lodos  Mezclador estático  Poza de almacenamiento  Bomba sumergible en la poza de almacenamiento  Bomba impulsadora de agua recuperada  Tanque de agua recuperada  Tanque de agua tratada de mina  Tanque de solución Barren  Tanque de almacenamiento de lechada de cal y agitador

7

Pozas de Lodos Dependiendo de la tasa de generación de lodos, los lodos precipitados de exceso serán bombeados desde el Clarificador a las pozas de lodos. El lodo será una mezcla granular de metales precipitados y yeso, con aproximadamente 15% a 25% de sólidos al salir del Clarificador. Las pozas de lodos permitirán al lodo asentarse, permitiendo que el agua intersticial drene a través de los canales perimetrales de derivación, o mediante evaporación.


8

2015

Infraestructura de la Planta de Tratamiento La ubicación de la planta fue diseñado y configurado dentro del límite de la propiedad y permite el flujo por gravedad del efluente desde el Túnel Kingsmill, vía la tubería de alimentación de la planta al sumidero de alimentación y casa de bombas de la planta, ubicadas cerca al río Yauli.

La preparación del área de la planta de tratamiento incluirá la limpieza, desbrozado y nivelado de la zona. También incluirá la construcción de canaletas e instalación de alcantarillas y otros trabajos asociados, incluyendo el suministro e instalación del material granular para la cubierta del área y los caminos de servicio.

La infraestructura principal de la planta de tratamiento e s la siguiente:

•

Cercado de seguridad

•

Tuberías

•

Casa de bombas

•

Edificio de procesos

•

Tanques reactores

•

Clarificador

•

Caminos y puentes

•

Protección contra incendios

•

Aire de planta, instrumentos y procesos


•

Suministro y distribución de energía

•

Generador de emergencia

•

9

2015

Agua potable

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

10 Cierre de Planta La planta de tratamiento de aguas ácidas de la mina Tambomayo será cerrada al final de su vida útil. El cierre incluye el desmantelamiento de los equipos, la demolición de las estructuras y el cierre del área de disposición final de lodos.

Diseño de Una Planta de Tratamiento de Aguas Ácidas

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