UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA FACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA TRABAJO ENCARGADO
EVALUACION Y ESTUDIO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL NACIONAL DE PIURA
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DOCENTE: ING. GUIDO TICONA OLARTE
ALUMNO: GARCIA JULIAN, Walter Paolo
PIURA – PERU PERU AÑO 2017
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I.- TITULO: EVALUACION Y ESTUDIO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES II.- OBJETIVOS
Realizar un estudio y reconocimiento de la planta de tratamiento de agua (PTAR). Conocer el flujo de tratamiento, parámetros de operación y dosificación de reactivos.
III.- FUNDAMENTO TEORICO Las aguas superficiales son tratadas en una planta de tratamiento de aguas residuales, contamos en la región Piura con la Planta de Agua de Curumuy, que tiene una capacidad máxima de 660 L/s y que viene funcionando desde el mes de octubre del 2007, con un sistema de operación compartido entre EPS GRAU, el MINISTERIO DE VIVIENDA CONSTRUCCION Y SANEAMIENTO y JILCA, una empresa japonesa de dicho centro de producción. La puesta en marcha de esta planta de tratamiento ha sido sustituida la producción de nueve pozos y cuenta con los procesos de mezcla rápida, floculación, sedimentación, filtración, desinfección, tratamiento de las aguas de lavado de filtros y tratamiento t ratamiento de lodos. Con el objetivo de mejorar la calidad de agua para la ciudad de Piura y Castilla. Sus operaciones se dan en 2 procesos y se realizan las 24 horas durante todo el año. La planta cuenta con 2 sistemas de funcionamiento manual y automático Todas sus operaciones se monitorean mediante el programa SCADA en un 95%, el cual verifica:
Niveles de presión Parámetros de calidad.
Figura 1. Programa de monitoreo SCADA
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Las aguas superficiales con las cuales trabaja esta planta son proporcionadas por el Proyecto Especial CHIRA-PIURA mediante su venta. Su esquema hidráulico funciona de la siguiente manera: 1.- Procesos de Pre-Tratamiento: a) Captación: Capta las aguas del canal Daniel Escobar provenientes de la represa de Poechos, sabemos que estas aguas traen consigo desechos sólidos por lo cual esta capación cuneta con rejillas que retienen estos desechos.
Figura 2. Sistema de captación b) Desarenador: En esta parte del proceso se busca eliminar las partículas que no han sido retenidas en las rejillas de captación, mediante la sedimentación de las partículas. Luego el agua cruda es almacenada en una cisterna para su posterior bombeo.
Figura 3. Desarenador
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2.- Proceso de tratamiento: Después del proceso de desarenación el agua con una cantidad menor de sedimentos es llevado a unas cámaras donde mediante un conjunto de bombas es impulsada hacia las instalaciones para este proceso.
Figura 4. Cámaras de bombeo. a) Mezcla Rápida: En esta etapa se genera por el bombeo un resalto hidráulico que es aprovechado por el operador para introducir la dosis de insumos químicos para dar inicio al proceso de coagulación que tiene como finalidad anular las cargas eléctricas de las partículas y transformar las impurezas que se encuentren en suspensiones finas o en estado coloidal y algunas que están disueltas en partículas que puedan ser removidas por la decantación (sedimentación) y la filtración.
Figura 5. Resalto hidráulico.
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b) Mezcla Lenta: Tales aglomerados gelatinosos y la adición de un polímero que ayuda a que se agrupen y producen los flóculos (floculación), los cuales por gravedad descienden hacia las cámaras que mantienen estas partículas para su respectiva evacuación. c) Decantación: Es el proceso mediante el cual se promueve el deposito del material en suspensión por acción de la gravedad. Por lo general, las aguas en movimiento arrastran partículas granulares y materia floculante que, por su carácter liviano, se mantienen en suspensión. La remoción de materiales en suspensión se obtiene al reducir la velocidad del agua, hasta lograr que las partículas en suspensión se depositen en determinado tiempo de retención.
Figura 6. Cámaras de decantación. d) Filtración: Después el agua es trasladada hacia 14 filtros compuestos por un lecho de arena simple y grava. Con el paso del agua a través del lecho se produce lo siguiente: La remoción de materiales en suspensión y sustancias coloides. La reducción de las bacterias presentes. La alteración de las características del agua, inclusive de sus características químicas.
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Figura 7. Caja de filtración. e) Desinfección: El proceso de desinfección se da con una dosis de cloro-gas la cual se disuelve directamente en el punto de tratamiento. Luego el agua se almacena en unas cisternas para su respectiva distribución hacia los reservorios Piura y Castilla mediante sistemas de bombeo. Tratamiento de lodos: Sabemos que estos procesos generan gran cantidad de lodos, partículas que por gravedad se han depositado en las cámaras de sedimentos. En la etapa de pre tratamiento se generan lodos puros, pues son sedimentos propios del agua captada, los cuales una vez depositados en las cámaras son devueltos al canal. En la etapa de tratamientos se generar 2 tipos de lodos: Primer tipo: Son lodos procedentes de la mezcla lenta, decantación que contienen insumos químicos, los cuales serán beneficiosos para el canal cuando sean devueltos. El segundo tipo: Son generados los filtros los cuales son obtenidos en el relavado estos, para después ser depositados en las cámaras de lodos para su respectivo tratamiento. Laboratorio de control de calidad: El control de calidad es una etapa esencial para el agua que se destina a consumo y para que cumpla con los parámetros de acuerdo a las normas. Además el tratamiento de agua que realiza la planta de Curumuy es supervisado por: DIGESA Y SUNASS. Sus funciones son las siguientes:
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Cada 2 horas durante el día los 365 días del año, se monitorea este proceso de tratamiento mediante muestras que se evalúan en el laboratorio. Tanto de cómo llega el agua a las instalaciones así como se envía a los reservorios. En estas pruebas se controlan parámetros tales como: turbiedad, olor, color, sabor y temperatura. El agua que ingresa a la planta es analizada para poder determinar mediante la prueba de cargas la cual se toma de las aguas en la mezcla lenta y decantación para determinar la dosis y concentración optima de insumos químicos para su respectiva aplicación. Otro de los objetivos de estas pruebas es verificar si el tratamiento actual es el correcto, de no ser el caso se deberá actuar de manera inmediata para su respectiva solución. Algunos de los aspectos importantes para el control de calidad: La turbiedad, la cual varía de acuerdo a la época, si es avenida o estiaje, es decir a menor turbiedad mayor es el incremento de algas. Una turbidez o color elevado puede significar que la decantación no es eficaz debido a alguna de las siguientes razones:
Dosis de coagulante inadecuada. pH óptimo de coagulación erróneo.
Con frecuencia se asocia el olor con el gusto del agua. Ambas características se pueden derivar de las mismas impurezas. El sabor constituye una asociación de las dos sensaciones y en ella predomina el olor, por ser más perceptible. Por ello, el agua que recibe el consumidor debe tener un buen sabor y olor. Los sabores y olores se pueden deber a los siguientes elementos:
Algas (es lo más frecuente). Descomposición de vegetales. Lodos ricos en bacterias. Transformaciones bacterianas de ciertas sustancias inorgánicas. Residuos industriales arrojados a las fuentes.
La corrección del pH es un método preventivo de la corrosión de las tuberías. Consiste en la alcalinización del agua para remover el gas carbónico libre y formar una película de carbonato en la superficie interna de las tuberías. Se controla la cantidad de microrganismos que son perjudiciales para nuestra salud. No obstante que la E. Coli es el indicador de contaminación fecal más preciso. ¿La cantidad de cloro que es aplicada al agua cruda es importante? Sabemos que en el ambiente existen microrganismos perjudiciales para nuestro organismo, por ello el agua que sale de la planta contiene una cantidad de cloro residual, cuya función es eliminar
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los microrganismos que contaminan el agua cuando es distribuida hacia los reservorios y respectivos hogares. Por ello la dosis de este insumo químico se adecua para que no sea tan alta ni tan baja su concentración, lo cual implicaría un déficit en su función. Cuadro comparativo de algunos parámetros entre la norma y Curumuy.
Parámetro Aluminio Cloruros Carbonato de Calcio
Norma (mg/L) 0.20 250 500
Por Curumuy (mg/L) 0.10 20 100
Ademad del laboratorio esta planta cuenta con un almacén de insumos químicos en el cual encontramos:
Sulfato de aluminio. Cloruro férrico. Carbonato de calcio. Cloruros.
La Empresa Prestadora de Servicios de Saneamiento (EPS Grau) cuenta con un plan de acción que permitirá tomar medidas de prevención ante la anunciada llegada el fenómeno El Niño. El gerente de Operaciones y Mantenimiento, Roberto Sandoval, sostuvo que buscan mantener operativo el sistema de agua potable y alcantarillado con el apoyo de las jefaturas zonales de la entidad. Sin embargo, el funcionario advirtió que de presentarse el evento con gran intensidad afectaría la planta de tratamiento de Curumuy. En ese sentido puntualizó que se dispondrá de insumos químicos suficientes para afrontar los elevados índices de turbiedad. En la actualidad están abastecidos con material para 5 meses. Además, refirió que contaran con equipos alternos de dosificación, con el gr upo electrógeno operativo y con dotación de combustible, por el lapso de siete días continuos, para atender cualquier corte de energía eléctrica. En cuanto a las cámaras de desagüe y líneas de impulsión, informo que la EPS Grau iniciara en los próximos días una programación de limpieza en las cámaras de bombeo de Piura y Castilla. Asimismo, Sandoval anoto que se efectuara el mantenimiento adicional de las cámaras ubicadas en las cuencas ciegas de los sectores de Ignacio Merino, Piura, San José, Paredes Maceda, El cortijo, Bolognesi y El Indio.
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IV.- TRABAJO EXPERIMENTAL: Descripción de la Planta de Tratamientos de Aguas Residuales de la Universidad Nacional de Piura (PTAR UNP):
Figura 8. El agua con la que cuenta la PTAR UNP es la que se encuentra en el Canal Biaggio Arbulú, que proviene de los Ejidos, Poechos, su caudal máximo al que ha llegado es de 600 L/s, cuenta con rejillas de diferente diámetro (figura 8), el cual sirve para el primer proceso físico que es la desarenación y sedimentación de los productos sobrenadantes en el Biaggio.
Figura 9.
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Cuenta con una válvula de compuerta (figura 9) que regula la entrada de caudal, no pudimos obtener información sobre si estaba completamente abierta, porque todo esto está bajo la tutela de CHIRA PIURA porque dependiendo de los impuestos que paguen la PTAR UNP se regula la abertura de la válvula (totalmente abierta, cerrada o intermedia) para la entrada de agua cruda a la planta.
Figura 10. Toma de Agua En la figura 10. Se encuentra la toma de agua en la que se bombea el agua cruda a la planta para su respectivo tratamiento, mientras que en la figura también se encuentra otras tuberías las cuales están destinadas para el riego de parcelas. En la parte inferior del sistema de tuberías se encuentra una rejilla que nos indica el nivel de agua, el cual nos regimos por los siguientes parámetros:
Si se encuentra debajo del nivel no hay funcionamiento del sistema. Si se encuentra al nivel o más elevado si hay funcionamiento del sistema.
Luego el agua cruda pasa al COMPARTIMIENTO DE AGUA CRUDA, la que consta de los siguientes equipos: Con una bomba (figura 11) de una Potencia de 60 HP, trabaja a una temperatura de 17°C y trabaja de dos formas:
Forma Automática: Con un Voltaje de 3.80 V y una Amperaje de 0 A. Forma Manual: Se llegaba a este modo presionando el botón verde del Tablero de Electrobomba Autocebante (figura12)
Con un pozo de agua (figura 13) el cual almacena el agua cruda que se llevara a tratar, cuenta con un altura de 4.8 m y con una capacidad de 10 m3. El cual ayuda a realizar los procesos físicos de
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sedimentación y desarenación en mayor eficiencia. La limpieza que se le realiza a este pozo es cada 2 meses. También cuenta con un sistema de tuberías (figura 11 y 14) la cual poseen un diámetro que corresponde al caudal del agua cruda que se quiere transportar.
Figura 11.- Bomba y Sistema de Tuberías.
Figura 12.- Tablero de Electrobomba Autocebante.
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Figura 13. Pozo de Agua.
Figura 14. Sistema de Tuberías.
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RESERVORIO DE AGUA:
Figura 15. Reservorio de Agua. En el reservorio de agua (figura 15) se almacena el agua a tratar que llega del compartimento del agua cruda. Cuenta con una altura de 4-5 metros, una capacidad de 1200 m3. Aquí ocurre el proceso de eliminar las algas y bacterias agregando 4 . 52 , las proporciones a las cuales se vierte el reactivo (que se encuentra dentro de unas boyas en estado líquido) en el agua depende de: Característica: Dosis (g4 . 52 /boya)
Turbia(Estiaje) 500
Muy Turbia(Avenida) 50
También en el reservorio de agua ocurre el proceso de sedimentación, cuenta también con una válvula de purga (figura 16) en la que ocurre la depuración de sustancias nocivas en el agua.
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Figura 16. Válvula de Purga El tiempo que se vierte el reactivo del 4 . 52 es a las 6 de la mañana todos los días. La limpieza del reservorio del agua depende de la época si es avenida o estiaje, la cual corresponde que cada 4 meses se realiza la limpieza. La estructura de la que está hecha el reservorio de agua es la siguiente: Geomembrana (Plástico, arcilla y cemento), se toma estas estructuras para evitar la filtración del agua. ETAPA DE LA MEZCLA RAPIDA: Luego el agua se transporta a la etapa de la mezcla rápida, donde aquí se adiciona el policloruro de aluminio 0.5%(que se encuentra almacenado en un tanque) que esa en la proporción de 3.7g/1000L. En la canaleta de parche (figura 17) se mide el caudal a lo cual se lleva a cabo esta entre los 20-25 L/s (por medio de una paleta), se realiza un rebote hidráulico para la homogenización de policloruro de aluminio con los sólidos disueltos en el agua, se coagulan, juntándose los sólidos para crear el “flock” (solidos que van a precipitar).
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Figura 17 Floculadores: El sistema de Floculadores cuenta con canaletas, cuya longitud de cada uno es diferente. La 1° red de canaletas de Floculadores su velocidad es mayor, el 2° es lenta y el 3° es mucho más lenta. Se necesita esa forma de estructura (de zic-zac) para que haya más tiempo de residencia en la reacción y eliminar los sólidos. El tiempo de la reacción es de: 40 min.
Figura 18. Floculadores.
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Decantadores: El flock se queda en la parte inferior del decantador, la temperatura a las que se encuentra las paredes es a 75 °C para que se quede el flock en la parte baja y el agua decantada para por un sistema de transporte que se llaman “flautas”.
Figura 19.- Decantadores y flautas. Filtros: Su función es remover las bacterias y virus Su estructura está formada de la siguiente: Tipo de Material Arena Fina Grava de menor diámetro Grava de mayor diámetro
Altura (m) 0.8 0.5 0.2
La arena filtrante se limpia cada 4 horas, dejamos uno en stand by.
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Figura 20. Filtros
Etapa de Cloración: Aquí se realiza la desinfección del agua para llevarlas a las distintas partes de la zona. Lo que se utiliza es el gas cloro (figura21) que fluye a 200 g Cl2/h con una concentración de 1.3 ppm.
Figura 21. Gas Cloro.
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Cuenta con un sistema de tuberías (que distribuyen el agua a las zonas de la universidad nacional, idepunp, colegio carlota), allí también hay un medidor de concentración (figura 22) que debe de estar entre 0.5-1 ppm (debe de cumplir con estos estándares permisibles según la ley. Se encuentra a una presión de 3-5 bar.
Figura 22 A mayor calor (luz) se utiliza un caudal de 220 g Cl2 /h. El indicador que se utiliza para medir la concentración es el DPD (Sodio), este reactivo hace que el color transparente cambie a un color rojo. Mayor intensidad del color rojo quiere decir que hay mayor concentración de Cl2. Cuando no cambia el color quiere decir que no hay nada de Cl2 , lo cual no es aceptable y no se puede transportar a las distintas zonas que se distribuyen.
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V.-DISCUSIÓN DE RESULTADOS: En la visita técnica a la planta de tratamiento de aguas residuales de la Universidad Nacional de Piura se observó que cuentan con todos los parámetros permisibles según ley, lo negativo de esta planta es la pequeña capacidad que posee, a diferencia de la planta de Curumuy, se debe de realizar estudios de factibilidad para poder expandir la planta, ya que cuenta con todo lo requerido. En el compartimento de agua cruda, solo cuentan con una bomba, la cual es eficiente, pero puede que en algún momento tengan diferentes tipos de problemas, como son las erosiones, incrustaciones, desgaste, etc., por lo tanto esto afectara en el funcionamiento de la planta, ya que dicha bomba es el equipo principal que distribuye el agua a tratar. Por lo que observe la planta no cuenta con una bomba en stand by, la cual serviría para suplantar a la anterior bomba si en ese instante le pasara lo ya antes mencionado. Toda industria posee bombas en stand by, esta no, cuenta con una parte en las tuberías en la que se puede conectar la otra bomba, pero aun no sale en sus planes comprar esa bomba porque recién está empezando a funcionar, pero en cualquier momento puede ocurrir fenómenos que afecten al sistema (esto es lo que se quiere evitar adaptando una bomba en stand by en el sistema) Otra cosa que hay que resaltar es la ineficiencia en el momento de verter el 4 . 52 en el reservorio de agua, ya que por medio de las boyas el reactivo no se distribuye muy bien en todo el sistema, para mejorar este sistema se deben de realizar estudios al cual ayuden a maximizar la eficiencia, por ejemplo la manera en la que puede verter el reactivo es por medio de una ducha o también se podría poner paletas el cual homogenicen el reactivo con el agua a tratar (para que se distribuya en todo el sistema). En el sistema de mezcla rápida, una acotación que quiero expresar, es la forma como se mide el caudal del sistema, desde mi punto de vista ese sistema puede tener demasiado error, una mejor forma es introducir en el sistema un rotámetro (sensor) que nos ayude a tener una mejor eficiencia en la toma de datos (para mi deben de contar con un control IP, el cual no tienen) además que nos ayudan a corregir el error. Las etapas de floculación, decantación y filtración cuentan con sistemas eficientes por lo que no es muy necesario tener un control en esas etapas, los métodos y tiempos de limpieza en esas etapas son adecuados y no afectan demasiado el funcionamiento de la planta. En la etapa de cloración, lo único que hay que expresar es la reserva del gas cloro que se tiene en la planta, toda planta debe de contar con reservas de reactivos para que alimenten al sistema cuando ya se halla acabado; pero es esta planta no cuentan con reservas, cosa que afectaría mucho al sistema si se llegara a acabar. El sistema de tuberías para la distribución del agua a las diferentes partes de destino se encuentra en un estado correcto, cuenta con sensores de presión, temperatura, la cual resalto que está muy bien, pero la única deficiencia que encontré es en la forma como miden el parámetro de concentración en el sistema, que es por medio del reactivo DPD, para mi punto de vista la mejor forma es contar con un sensor de pH, que nos ayuda a verificar si el agua que se distribuye es muy acida o muy básica o si es aceptable; por lo tanto yo recomendaría otro sistema de control IP.
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Todos estas acotaciones que he mencionada son las que he podido observar, claro que hay más, pero esas digo yo que son las más importantes. La crítica más importante es que la planta debe de expandirse y así poder a distribuir a más zonas de Piura y así convertirse en una gran planta que distribuye agua a diferentes partes de Piura (para mi seria uno de los objetivos más importantes). VI.- CONCLUSIONES
Realizamos un estudio y evaluamos todas las etapas que tiene la planta de tratamiento de agua (PTAR). Reconocimos el flujo de tratamiento, parámetros de operación y dosificación de reactivos. Describimos una comparación entre una planta a gran escala como la de Curumuy con la de la Universidad Nacional de Piura.
VII.- BIBLIOGRAFIA TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES, teoría y de principio de diseño. Jairo Alberto Romero Rojas INGENIERIA DE LAS AGUAS RESIDUALES, tratamiento, vertido y reutilización. Ángel Cajigas. MONOGRAFIA DE LA PLANTA DE AGUA DE CURUMUY, Wikipedia. MANUAL DE AGUA POTABLE, Frank Spellman. PROYECTOS DE PLANTAS DE AGUAS RESIDUALES, aguas de proceso, residuales y de refrigeración. Ricardo Isla de Juana.
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