E F L U E N T E S P A R A L A S R E F I N E R I A S PETROLERAS" R E P O R T E D E S E R V I C I O S O C I A L REALIZADO POR: MEDINA SEGURA HORACIO MURCIO RODRIGUEZ OCTAVIO T R U J I L L O C A M P O S RICARDO H

108 

Texto completo

(1)

JNOMBRES:

MEDINA SEGURA

HORACIO

MURCIO

RODRIGUEZ OCTAVIO

TRUJILLO CAMPOS RICARDO

H.

TELEFONOS: 5 15 02 50 5 56 23 42 5 39 03 95

MATRICULAS: 82340689 82232966 82233529

CLAVE : 23.3.77.87

/CARRERA : INGENIERIA BIOQUIMICA INDUSTRIAL

TRIMESTRE: 87/P

HORAS SEMANA: 20

LUGAR DONDE

SE LLEVO A CABO: COMISION NACIONAL DE ECOLOGIA

FECHA DE INICIO: 13DEFEBRERO DE 1987

J FECHA DE TERMINACION: 13 de AGOSTO DE 1987/

I

NOMBRE DEL TUTOR: ING.FERNAND0 CERVANTES SEGURA. JEFE DEL DEPARTAMENTO DE

VIN-

CULACION CON EL SECTOR PUBLICO DE CONADE

DISEÑO

DE UN SISTEMA PARA TRATAMIENTO DE EFLUENTES PARA LAS REFINERIAS PETROLERAS

J' TITULO DEL PROYECTO:

LGh

MEDINA SEGURA HORACIO Z OCTAVIO TRdJILLO CAMPOS RICARDO H.

(2)
(3)

U N I V E R S I D A D AUTONOMA METROTOLITANA

U N I D A D IZTAPALAPA

DIVISION C B S

"DISENO

DE UN SISTEMA PARA T R A T A M I E N T O D E

E F L U E N T E S P A R A L A S R E F I N E R I A S PETROLERAS"

R E P O R T E D E S E R V I C I O S O C I A L REALIZADO POR:

MEDINA SEGURA HORACIO

M U R C I O R O D R I G U E Z O C T A V I O

T R U J I L L O C A M P O S RICARDO H

(4)
(5)

R E S U M E N

La refinería "Miguel Hidalgo", ubicada en Tula, produce efluentes contaminados que afectan el equilibrio ecológico

-

de la zona.

El presente trabajo, se evoca al estudio de las alterna tivas existentes para el tratamiento del efluente aceitoso

-

de esta industria, seleccionando la más adecuada con base en tres criterios:

a) Costo del sistema de tratamineto b) Eficiencia de remoción de la DBO c) Area disponible

Para tratar u n efluente cuyos contaminantes son de carác ter químicos, físicos y biológicos, es necesario aplicar s i 2 temas de tratamiento alternos.

Con el tratamiento primario, se hace la remoción de a-- ceites y posibles sólidos del efluente, a través de diferen- tes equipos, como son l o s separadores API y de placas corru- gadas.

En tratamiento secundario, lo que se intenta es llegar- a tener un efluente con el mínimo de contaminantes, logrando

-

s e estoa-través de procesos biológicos, en este caso con la- gran utilización de lodos activados.

T o d o s estos tratamientos, involucran un desembolso sig- nificativo, por lo que las grandes industrjasven con desagra do esta inversión n o recuperable. Por ello, proponemos que

-

con el fin de reducir los gastos de implantación del trata-- miento, una vez descontaminada el agua, s e recircule; con lo que también s e solucionaría, en parte, el problema de abastg cimiento de agua existente en dicha refinería.

Con el proposito de acercarnos a la elección del proce-

(6)

INTRODUCCION

Durante mucho tiempo el hombre no pensó que debería cui

-

dar la naturaleza, pero desde hace unas décadas la situación cambió. Debido a una proliferación desenfrenada de l o s seres humanos, al aumento de las necesidades y d e l o s apetitos que acarrea esta sobrepoblación, del progreso de las ciencias y- de las técnicas, el hombre está convirtiendose en un adversa- rio nada despresiable, ya sea porque introduce en ella causas de deterioro y desequilibrio, ya sea porque amenaza con aca- bar con l o s recursos.

D e ahora en adelante el hombre sabe que, p o r s u propio- interés, debe vigilar y controlar s u conducta con la natura- leza y frecuentemente protegerla contra sí mismo.

Son múltiples los motivos que tenemos para proteger a -

la naturaleza. Primero, porque al defender a la naturaleza,- el hombre defiende al hombre: satisface el instinto de conser vación de la especie. (7)

Las inumerables agresiones que comete contra el ambiente tiene consecuencias funestas para la salud y para la integri

-

dad del patrimonio hereditario.

Es claro que defender a la naturaleza es difícil, porque s e topa con la indiferencia, la ignorancia y el escepticismo,

y sobre todo se tienen en contra a todos l o s que anteponen

-

s u s ambiciones personales al interés común; a todos los que- dispuestos a comprometer el futuro para lograr una ventaja

-

inmediata, no les preocupa el diluvioconsltal de n o estar prg sentes cuando se produzca.(Jean Rostand, 1970).

L o s industriales tratan desalvaguardar su negocio aún

-

cuando sea a expensas de sus congéneres. Los políticos y la- máquina del Estado, por el otro lado, necesitan perpetuar un ambiente político y económico en el que l o s negocios sigan -

floreciendo.

La novedad de nuestra época e s que el progreso de elabo ración industrial, produce una gama más extensa de sustancias

(7)

y compuestos y tienen un nivel más alto de interacción,

-

tanto entre las partes componentes como en el medio ambien te. Hay por l o tanto, más posibilidades para una contami- nación peligrosa. E l crecimiento brutal de la industria

-

moderna a provocado la escasez de lo que antes se conside raba inagotable, como en el caso del agua.(ó )

-

E l problema económico que plantea el control de la -

contaminación refleja la realidad de que ciertos bienes -

naturales que antes se consideraban gratuitos (agua,aire, y los sistemas ecológicos) tienen ahora un reconocido va-

lor económico y social.

Es necesario emplear dinero para depurar esos recur-

s o s anteriormente gratuitos y eliminar l o s desechos sóli-

dos; además mantenerlos limpios exige gastos continuos.

No es un sector determinado (el gobierno, el público o la industria) el responsable d e esta situación, sino t o da la sociedad. Por eso la lucha deberá llevarse a todos- los niveles de la colectividad.(8 )

-

Históricamente la responsabilidad en el tratamiento- de la contaminación del agua ha involucrado la participa- ción de varias disiplinas:

- Ingenieria y Ciencias Exactas

- Ciencias de la Vida

- Ciencias Terrestres

-

Ciencias sociales y económicas

Con el paso del tiempo, el ingeniero bioquímico ha comen

-

(8)

zado a participar en esta tarea.

L o s métodos tradicionales involucran:

Grandes cárcamos de concreto, donde se lleva a cabo la

se

dimentación de desechos; operación de filtros de escurri- miento, coloración y otros. También se requiere de dife-- lentes piezas, equipos, procesos y operaciones unitarias.

Entre l o s proceso unitarios requeridos tenemos:

Neutralización, oxidación en lechos fluidizados, incinera ción múltiple, oxidación húmeda, lodos activados, lagunas aereadas, etc.

Y entre las operaciones unitarias estan:

Disolución de aire por flotación, igualación, filtración, centrifugación, ósmosis inversa, secado rápido, adsorción con carbón activado, floculación con polielectrolitos.

El deseo de tratar las aguas s e irá acrecentando ca- da día más cuando se tome conciencia que el agua contami- nada no sólo es problema de carácter social sino también- económico. Existen zonas urbanas e industriales en donde- el desarrollo industrial está disminuyendo por falta de

-

a gua. La modernización del mundo agrícola acrecenta igual- mente la demanda de agua. P o r ello una de las múltiples

-

soluciones a este problema, será la recirculación de las- aguas de desecho previamente tratadas.

El grado de tratamiento requerido para un agua reci- dual depende de las características específicas del eflu- ente, los procesos para el tratamiento de agua presentan- una clasificación convencional:

-

Tratamiento primario

-

Tratamiento secundario

- Tratamiento terciario

El tratamiento primario, se emplea para remover l o s - sólidos suspendidos y materiales flotantes.

El tratamiento secundario, consiste en métodos d e o- xidación biológica de la materia orgánica y componentes

-

I

(9)

disueltos en el efluente.

El

tratamiento terciario, e s considerado como un t r g tamiento avanzado, s e utilizan una combinación de procesos y operac:iones unitarias para remover otros constituyentes, como son el nitrógeno y fósforo, l o s cuales permanecieron aún después del tratamiento secundario.

Existen variadas industria cuyos efluentes salen con un alto grado de contaminación, entre ellas se encuentra- e l caso de las refinerías.(ll)

El incremento de la demanda de energía en las últi-- mas décadas ha provocado la expanción y crecimiento en los procesos de refinación del petróleo. La proliferación de- las refi.nerías junto con el incremento de requerimientos- en la calidad de las descargas de los efluentes, ha traído la necesidad de perfeccionar la tecnología existente para el control de la contaminación del agua.

E l petróleo crudo se refina mediante una destilación

fraccionada para separar l o s diversos hidrocarburos, por- la aplicación de calor y presión para alterar la estructu

-

ra molecular de alguno de l o s productos de d e s t i ~ h ~ c i ó n y

mediante el tratamiento químico y mecánico de diversos

-

productos y fracciones para quitar las impurezas. E l p e t r ó

-

leo crudo s e hace pasar en primer lugar, a través de u n

-

destilador a una torre de fraccionamiento en la que s e ex -

traen y condensan los productos más ligeros (gasolina, k g roseno y gas-oil). La gasolina y e l keroseno pasan enton- c e s por u n o s tanques en los que se lavan con ácido sulfúri

-

c o , sosa cáustica y agua, para eliminar las impurezas. El resto continua s u destilación en la torre de fraccionamien to para extraer lubricante y parafinas. Una vez que se han extraído todos l o s productos, el residuo que queda en la- cámara de vacio s e utiliza en la fabricación de asfalto.

-

Como la mayoría de las industriiri.. las refinarías de- petróleo consumen cantidades enormes de agua. La princi-- pal función de ésta es la de refrigeración, aunque también

(10)

es usada en cantidades relativamente pequeñas en alimenta ción de calderas, protección contra fuego, servicios a u x L liares y o t r o s propósitos. La National Association of Ma- nufactures estima que la demanda de agua es de 17.081 por kilográmo de crudo.

Las aguas de desecho de refinerias usualmente contie n e n , aceites, los cuales pueden separarse, emulsificarse- o disolverse; sustancias químicas, ácidos, álcalis, s u l f a tos, mercaptanos, amonio y fenoles; y sólidos suspendidos. Como n o s e puede tener un patrón en cuanto a la can- tidad y calidad de los productos que son arrastrados por-

l o s aguas residuales en las refinerías, es necesario esta blecer un criterio de segregación de drenages y de trata- mientos que permitan llegar a la disposición final de las aguas de desecho, en la forma más económica posible y con las facilidades de manejo requeridas para cada caso,

A g r o s o modo existen dos redes de drenajes, la red -

de drenaje pluvial y la red de drenaje aceitoso, el agua- de las diferentes áreas o departamentos se incorpora a

-

estas redes después de algún tratamiento o sin tratamien to prevj.0 en los casos en que no está muy contaminada.(3)

(11)

ANTECEDENTES

El

objeto de este trabajo se centra en el tratamiento del efluente de la refinería "Miguel Hidalgo" que se en-- cuentra situada en la población de T u l a , Hidalgo y está -

en operación desde 1 9 7 6 .

Esta refinería s e encuentra en un lugar en el que no existe un suministro de a g u a , por l o que la obtienen de

-

1 0 pozos, localizados al márgen de la carretera Tula-Tla- huelilpan,de 4-16 K m de distancia de la refinería, de don

-

de se bombean a dos tanques de almacenamiento de 50 OOOm' cada uno.

El consumo de agua actual e s de aproximadamente de

-

4 8 2 5 0 m 3 / d í a , volúmen que s e duplicará al entrar en opera

ción la ampliación que actualmente s e está realizando.

Una estimación general nos dice que este volúmen se- distribuye de la siguiente manera:

8 3 . 9 % agua de enfriamiento

1 5 . 5 % agua de proceso

0 . 6 % agua de servicio

(Folleto, Refinería de T u l a , 1 9 7 9 )

En la actualidad, existe el problema de que no se

--

cumple con l o s parámetros d e control exigidos por el Re-- glamento para la Prevención y C o n t r o l de la Contaminación. (ver cuadro I )

CUADRO

1

Grasa y aceites 70 m g / l

Temperatura 35°C

PH 4 . 5

-

1 0

Sólidos sedimentables T. 1 m g / l

Materia flotante Ninguna que s e retenga

por malla de 3 m m de -

claro libre cuadrado.

DBO

5 0

(Reglamento para la Prevención y Control d e la Conta minación)

(12)

E s t o se debe a que a pesar de existir un sistema para el tratamiento de aguas en esta refineria, éste n o fué 'd señado e n forma adecuada para las condiciones existentes.

L o s cálculos realizados no coinciden con el flujo con el que se cuenta.

E s por ello que en este proyecto nos abocamos a pro- poner mejoras al sistema, con los diseños apropiados para

l o s tratamientos tanto primario como secundario, a fin de

proporcionar una calidad de agua tal que s e cumpla con los límites legales fijados y aún con l o s límites deseables -

para lograr s u recirculación. (ver cuadro 2). Tratando de obtener por lo tanto, un beneficio económico.

C U A D R O 2

Grasas y aceites 1 5 p p m

Temperatura 3 0 ° C

Materia flotante P H

S S T DBO

Conductividad eléctrica Sólidos sedimentables

O , disuelto Dureza

Si0

Ninguna 6 - 8 50 1 5

5 O00 ohms/cm 1.0 mg/l

2 p p m

4 0 0 ppm

65 ppm máximo

(13)

F I G U R A 1

ABASTECIMIENTO Y D I S T R I B U C I O N

DE

A G U A CRUDA EN L A

E S T A C I O N DE

R E B O M B E O

R

E

F

I N E R I A

:

" M I G U E L

Y

I D A L G O "

P

O

z o s

(14)

J U S T I F I C A C I O N

Este proyecto s e basa en dos aspectos principales:

1 ) No arrojar aguas contaminadas a los r í o s

2) Poder recuperar el agua y productos arrastrados por ella El punto numero uno, nace del compromiso legal y moral de no contaminar la naturaleza con l o s efluentes, trayendo- con ello un desequilibrio ecológico, sin embargo esto i m p l l ca una inversión fuerte, que no es redituable. Por lo que -

debe buscarse una alternativa que nos permita tratar el a-- gua y a la vez obtener un beneficio que aligere el costo e- conómico de tal tratamiento. Para esto, s e ha pensado en el punto número dos. Se sabe que el efluente de las refinerías va "crudo" sin procesar, por lo que s e desea recuperar este crudo del agua para que pueda ser procesado: por otra parte, una vez separado el crudo se propone instalar un tratamiento biológico para reducir la carga de contaminantes del agua y

disponer de tal calidad para que pueda ser recirculada y

-

reusada en la refinería. Esto beneficiaría económicamente

-

ya que habría un ahorro en el transporte del agua provenien te de los pozos.

La refinería "Miguel Hidalgo" reportará un gasto apro- ximado 9 6 500 m 3 / d i a , de la cual el 43.5% s e evapora en las torres de enfriamiento, quedando una descarga de 55 522.5111' por día. De ésta se tiene un flujo de 15 000 m 3 / d í a , corres pondientes al efluentes aceitoso, descarga que se pretende- recircular.

La refinería se alimenta de agua proveniente de los

po

z o z ubicados a una distancia de 4

-

6 Km, estos pozos re-- quieren de gastos muy elevados destinados a su perforación, a gastos de instalación de un cárcamo, dos bombas de 30Hp.- dos tanque de rebombeo, etc.

El gasto de inversión de cada uno de l o s pozos es alto, además las bombas consumen mucha energía eléctrica, la cual también produce un egreso considerable que se calculará en-

(15)

el proyecto.

De aquí se desprende la necesidad de reciclar el agua- como un beneficio económico al considerar el ahorro del --

gasto d e transporte de tan lejos, así como el que puede re- ciclarse el crudo arrastrado por la misma para s u procesa-- miento.

P o r otro lado, tomando en cuenta que el crecimiento in

dustrial y de la población empeoran continuamente los pro-- blemas del medio ambiente, que todos los seres vivos nos

re

lacionamos a traves de ecosistemas y además que los cambios a gran escala en el hábitat son generalmente irreversibles. Este proyecto no sólo tiene una justificación de mane- ra económica sino también ética al cooperar con la protec-- ción del ambiente.

-

Por l o anteriormente descrito, caracterizamos nuestro-

(16)

E l objeto de del efluente acei

OBJETIVOS

este trabajo se el tratamiento

1 HIdalgo" que se encuentra situada en la población de Tula, Hidalgo.

centra en

o s o de la refin ría "Migu

1. Dadas las características del efluente por tratar,- diseñar un sistema de tratamiento primario y un sistema bio

lógico de tratamiento secundario, a fin de reducir la canti- dad de contaminantes en el agua, para s u u s o .

2. Aprovechar al máximo posible el reuso de las aguas- de desecho del efluente final de las refinerías en forma

-

constante, con la instalación de tratamientos eficientes y -

a un costo razonable.

I

3 . Hacer un análisis del beneficio económico y social-

(17)

LOCALIZACION

Una planta de tratamiento de aguas de refinerías debe- estar localizada donde s e encuentran éstas.

Dado que este trabajo se aboca al tratamiento del eflug te aceitoso de la refinería "Miguel Hidalgo", en Tula, la -

planta de tratamiento se encontrará dentro de los terrenos- que la conforman.

L a selección de la refinería s e debió basicamente a u- na problematica en costos y abastecimiento de agua, por el- hecho de que s e transporta de pozos ubicados a distancias

-

de hasta 16 Km, aunado con el grave problema de contamina-- ción que repercute en el equilibrio ecológico de la zona.

La refinería "Miguel Hidalgo" se encuentra situada en- la población de Tula, Hidalgo y esta en operación desde 1976.

Fué proyectada para procesar petróleo crudo procedente

de l o s campos del sur d e l estado de Veracruz, Tabasco y Chia

-

pas.

Se instaló en dicha localidad para impulsar el desarro

110 industrial de la zona. Tiene una capacidad de refinación actual de 150 O00 Blsjdía de petróleo crudo y esta capacidad será ampleada hasta 300 000 Bls/día. Esta carga es distribuL da y procesada en las diferentes plantas aquí montadas.

La refinería está situada en un terreno de 700 hectá-- reas en las que

se

distribuyen las siguientes instalaciones:

- Planta de proceso

- Planta termoeléctrica

- Servicios auxiliares

-

Plantas de protección ambiental

-

Area de tanques

-

Talleres

-

Almacenes

- Laboratorios

- Edificios de oficinas

-

Auditoría

(18)

- Aulas y talleres del IMP

-

1nstal.aciones para elaborar y distribuir productos por

me

dio de ductos

-

1nstal.ación para llenado de carros y autotanque

-

Co1oni.a residencial

-

Campos deportivos

La planta de tratamiento de aguas se localizará en la- parte sureste de la refinería.

Los; productos que se elaboran en la refinería son:

Propano Turbosina

Isobutano Diáfano

Isopentano &se1 Nacional

Gas licuado Diesel especial

Gasolina Combustóleo

Gasolvente Azúf re

Gas Nafta

En la refinería s e tienen diferentes efluentes, debido a los diferentes u s o s que s e le da al agua. Al final se t i e nen dos corriente de drenaje: Pluvial y Aceitosa. Para com- prender un poco más ésto, se analíza escuetamente cada una- de las diversas areas.

Almacenamiento.- L o s efluentes de esta área se canali- zan a l drenaje pluvial, excepto la zóna de llenado de carros tanque y tambores, ya que en dicha zóna s e producen derrames de productos y dichos efluentes se canalizarán a la red de- drenaje aceitoso.

Almacenes y talleres.- Estos efluentes se canalizan al efluente pluvial, ya que en esta área no s e trabaja con qu’

micos o hidrocarburos pesados.

(19)

por purgas de equipo de bombeo, tanque, fugas o roturas de- tuberías en proceso. Este tipo de efluentes s e conducen al drenaje aceitoso.

Efluentes p1uviales.- Son escurrimientos de agua plu-- vial que es captada en el area de las plantas de proceso,

-

esta s e canaliza a la red de drenaje aceitoso, ya que s e -

pueden contaminar ya sea en las areas de proceso o con s u s -

tancias aceitosas durante su recorrido.

Efluentes químicos.- Efluentes que llevan disueltas s u s tancias que se utilizan en los diferentes procesos de refi- nación o tratamiento de petróleo crudo. Dependiendo del ti- po de contaminante que tenga el agua, se clasifica como e-- fluente ácido, cáustico, tóxico, salado o amargo.

a) Efluente ácido.- Contiene disuelto o en suspensión- un ácido de orígen mineral u orgánico, el manejo de estos

-

efluentes se hace a través de una red especial construída -

con tuberías de barro vitrificado a una fosa de neutraliza- ción localizada dentro de los límites de la planta, para in -

corporarlo al drenaje pluvial.

b) Efluente cáustico.- Contiene álcalis inorgánicos g g neralmente de sosa cáustica o potasa. También s e drenan in- dependientemente, en tuberias de fibra de vidrio, con una

-

resina poliester o epoxi. El efluente d e este tipo que no

-

contiene aceite se utiliza para neutralización, el que con- tiene aceite s e conduce al drenaje aceitoso.

c) Efluente tóxico.- Originado por compuestos químicos disueltos en el agua, l o s cuales presentan las característi

-

cas de ser tóxicos en forma extrema, s e originan de purgas- del equipo de mezclado de gasolina. Este efluente es trata- do de una forma diferente a l o s demás. E s conducido hasta

-

un quemador para s u destrucción.

(20)

I .

te son c . l o r u r o s de sodio y potasio principalmente. No se en

-

vía a través del drenaje aceitoso ya que lleva pequeñas can -

tidades de HCl y puede provocar problemas de corrosión, por lo que primero se pasa a una desaladora y luego al drenaje- aceitoso'.

e) Efluente amargo.- Contiene compuestos delgados de z ú f r e , ya sea en forma de ácidos~ulfhídrico, sulfúros, mer-- captanos y fenoles. Este efluente s e origina en plantas de- tratamiento cáustico para destilados amargos. Este efluente es sometido a un tratamiento de agotamiento con vapor en d o n de se eliminan la mayor parte de los compuestos de azúfre

-

mediante arrastre con vapor y gas combustible.

Area de tanques.- En esta área existen los siguientes- tipos de efluentes: Pluvial, pluvial aceitoso y aceitoso.

a) Pluvial.- Son escurrimientos pluviales que se tienen en c a l l e s y áreas de accesos y los cuales n o tienen posib' l i d a d e s d e contaminarse con residuos, por lo que se incor- poran a la red de drenaje pluvial.

b) Pluvial aceitoso.- S o n escurrimientos pluviales c a p tados dentro de los diques de contención de tanques de a l m a cenamiento, de trincheras, pasos inferiores de tubería. Es- te e f l u e n t e manda por una red independiente a una fosa de- asentación, donde s e separan las pequefias cantidades de a- ceite y el volúmen aceitoso se mandan a los separadores de- aceite y el volúmen acuoso libre de aceite, s e envía al e m L s o r central de la refinería.

c) Aceitoso.- Efluentes que provienen de las purgas de los tanques de almacenamiento y en tuberías de muestras.

E

s

te efluente s e envía a la red de drenaje aceitoso.

Are.3 de servicios auxiliares.- Las plantas de servicios auxiliarsos originan efluentes pluvial-aceitoso y químico.

El pluvial-aceitoso se integra al similar de la sección de tanque y el químico se neutraliza.

(21)
(22)

G

I?

h

f

c

r-

(23)

ALTERNATIVAS P A R A EL TRATAMIENTO

PARAMETROS DE MEDICION

La caracterización del agua de desecho de refinerías- e industrias petroquímicas, en términos del f l u j o y constl tuyentes orgánicos e inorgánicos, son las bases reales pa- ra definir el control y regulación de efluentes así como -

el tamaño del proceso del tratamiento.

El

volúmen y las propiedades del agua de desecho des- cargada por la industria, en este caso refinerías, son el- parámetro de importancia para identificar las fuentes de -

contaminación y así poder considerar los posibles tratamien

-

t o s . Para esto también deben tomarse en cuenta otros pará- metros l o s cuales l a s caracterízan.05 )

Parámetros Orgánicos.-

- DBO (Demanda Bioquímica de Oxígeno).- Esta es l a mate- ria orgánica biodegradable en términos de la demanda de o- xígeno de una población microbiana aclimatada. Se encuentra sujeta a diversas variables como son:

a)

El

tiempo de residencia.- Depende del tiempo nece- sario para que ocurra una estabilización completa que es -

fulición de la naturaleza del sustrato y de la variabilidad del microorganismo. Usualmente es de cinco días.

b ) Aclimatación de la cepa.- Se lleva a cabo en reac- tores d e laboratorio ya sea en continuo o en batch,utiii--

(24)

c) Toxicidad,- La presencia de tóxicos en estas aguas pueden tener un efecto biotóxico o biostático para los mi- c r o o r g a n i s m o ~ , lo cual s e detecta por el aumento en el

DBO.

-

COD

(Demanda Química de Oxígeno).- Es una medida del

-

oxígeno equivalente a aquellos constituyentes en la mues-- tra, que son susceptibles a oxidación con dicromato en una solución ácida.

-

TOC (Carbono Orgánico Total).- Medida del carbono o r g o

nico total expresado unicamente como carbón. Este parámetro s e considera como una medida fundamental de la contamina-- ción.

-

TOD (Demanda Total de Oxígeno).- Cantidad de oxígeno

-

requerida para la combustión de impurezas en una muestra

-

de agua.

-

DB05.-

Este parámetro mide la cantidad de oxígeno di-- suelto en una muestra de agua, antes y después de cinco 'd as de incubación a 20°C.

-

SST.- El crecimiento microbian0 es otro parámetro im--

portante; para su medición se emplea el método gravimétrico debido a que los lodos activados forman partículas floculan

-

tes que no permiten platear y obtener una cuenta de organis mos vivos. Existen dos parámetros importantes que lo deter- minan: SSV, sólidos suspendidos volátiles y SST, sólidos

-

suspendidos totales.

-

SSLM.-

Los sólidos suspendidos en el licor mixto, SSLM,

s o n las partículas formadas por bacterias suspendidas en

-

dicho licor. Es una medida de la rapidez con la que los lo

-

dos trataran la carga orgánica.

-

Aceites y Grasas.- Pueden encontrarse libres, en emul- sión o solubles. En el caso de las refinerías es uno de los parámetros más importantes para la caracterización.

Parámetros 1norgánicos.-

-

Acidez

-

Alcalinidad

(25)

u .

.

.,.

* -

M I C R O O R G A N I S M O S

Para la elección de los microorganísmos, s e elavoraron inóculos utilizando la siguiente técnica:

Las técnicas de aislamiento empleadas fueron de elutra ción y enriquecimiento secuencial. En la elutración o l a v a do de la muestra contaminada por hidrocarburos de petróleo crudo es realizada en vaso de lavado, en el cual se favore c e un flujo continuo con una solución isotónica por medio- de una corriente de aire. Durante dicho flujo son arrastra dos microorganísmos capaces de utilizar l o s hidrocarburos- del petróleo.

L o s microorganísmos obtenidos en el lavado de la m u e g tra, sirvieron para inocular una serie de matraces (técni- ca de enriquecimiento secuencial), cada uno de los cuales- tenían diferentes concentraciones de crudo que estaban en- el orden de 0 . 5 a 3%, en medio mineral excento de cualquier otra fuente de carbono que n o fuera hidrocarburos del petró- leo. Unicamente en l o s dos primeros se utilizó caldo nutri- tivo para favorecer la fase de adaptación de los microorga- nismos a las concentraciónes de petróleo utilizadas.

Una vez inoculados los matraces s e incuvar a tempera- tura ambiente con aereación por 4 8 horas.

En el primer crecimiento s e reproducen y-eariquecen

-

las poblaciones microbianas que pueden metabolizar los al- canos lineales. Una vez separada la biomasa del primer cre- cimiento, el sobrenadante s e usa como medio para reproducir un segundo cultivo con capacidad de utilizar hidrocarburos

n o consumidos durante el primer crecimiento y s e sigue así

suscesivamente hasta que n o s e logre crecimiento en el s o - brenadante residual.

L a selección de las series de poblaciones microbianas mixtas con mayor velocidad de metabolización de hidrocarbu

r o s del petróleo, s e realizó en matraces nefelométricos con

deflectores de 5 0 0 ml adicionados de medio mineral, usando como fuente de carbono unicamente petróleo crudo.

(26)

r

,._

i.-.

P

L _

r-

L

,j..j

La evaluación s e fundamentó en la formación

de sedimen

to (crecimiento microbiano), densidad Óptica medida en f o t o colorímetro Klett Summerson a 6 4 0

-

700 nm y emulsificación del crudo en el medio de cultivo.

Las poblaciónes mixtas aisladas y seleccionadas s i r v i e ron para inocular fermentadores de 14 litro y reproducirlas masivamente. Se usaron dos fermentadores por cada serie de- poblaciones microbianas mixtas. Uno de ello fué adicionado- de caldo nutritivo al 0.2% para favorecer crecimiento de

bac

terias y otro con extracto de malta al 0.2% y ajustado a

-

pH = 5 para favorecer crecimiento de levaduras y hongos.

A m

bos fermentadores con medio mineral adicionado de petróleo- crudo y kerosina al 5 0 % .

Los fermentadores s e mantuvieron a 30°C, 1 . 5 V V M , 700

-

rpm y aproximadamente 10 días.

Después del tiempo indicado, s e le adiciona a cada f e 2 mentador 3 0 g. de carbón activado para adsorver las células. La cosecha s e realizó en una ultracentrífuga a 20 O00 rpm.

Para la formulación del inóculo, l o s microorganismos

-

adsorvidos fueron mezclados en tierra agrícola previamente- esterilizada y adicionada de nutrientes (nitrógeno y fósfo- ro principalmente). Dicha tierra sirvió como vehículo a l o s

microorganlsmos haciendo funcional su mensaje.

La evaluación de la efectividad del inóculo s e llevó a cabo en el laboratorio. Para esto s e usaron matraces con

-

tierra adicionada de crudo en concentraciones de 8% y 16%

-

y con inoculación seriada e inoculación única.

Con lo anterior s e logró la clasificación de 5 géneros de bacterias que constituían las poblaciones microbianas 'm

xtas capaces d e biodegradar a l o s hidrocarburos de petróleo crudo y fueron: Arthrobacter, Acinetobacter, Bacillus,

---

Pseudomonas y Achornobacter.

(27)

versas cepas de microorganismos soportados en un nutriente- inerte con elevada capacidad de degradar derivados de hidro

carbures y resíduos petroquímicos. Contiene además inducto-

res bioquímicos necesarios para la programación de los micro organismos del producto. Este producto es conocido con el

-

nombre de BIOBAC.

-

Los microorganismos del producto BIOBAC, lográron depg rar satisfactoriamente el agua residual de la refinería

(He

brero Rodriguez Javier, IMP), ya que esta agua tratada per- mitió la vida de peces. Así mismo s e encontró una remoción- importante de fenoles, materia orgánica, DBO y COD, entre 2

tros.

TRATAMIENTO PRIMARIO

El tratamiento de las descargas de agua de desecho de- refinería incluye la remoción de diversos contaminantes.

El aceite y grasas son generalmente removidos por pro- cesos de separación físicos, mientras que el tratamiento big lógico, la adsorción con carbón y la filtración son comun-- mente usados en la remoción de constituyentes orgánicos s u s

pendidos y disueltos.

El tratamiento primario consiste en métodos físicos de separación de materia en suspensión por medio de mallas de- retención, cárcamo regulador de Demasías y separadores de

-

aceite.(ló)

-

Mallas de Retención.- Con el propósito de que los sóli- dos voluminosos arrastrados por las aguas en el drenaje ace' toso no pasen hacia el separador de aceite, se deberan ins- talar mallas de retención antes de la entrada del menciona- do separador.

-

Cárcamo Regulador de Demasías.- Con el fin de que el se parador de aceite por gravedad no sufra alteraciones en su- eficiencia, debido a los grándes volúmenes de agua que en

-

un momento dado le pueda llegar en condiciones de máxima

--

precipitación pluvial o de protección a plantas en condición de fuego por el empleo de agua de contraincendio, se requie- re instalar un cárcamo regulador de Demasías que tenga como

(28)

finalidad contener las aguas pluviales aceitosas o las uti- lizadas contra incendio y de esa forma poder controlar el

-

flujo normal máximo hacia el separador cuando se presentan- las condiciones antes mencionadas.

-

Separadores de AP1.- La separación de aceite s e lleva a cabo por gravedad e involucra la remoción de materiales me- nos densos que el agua, así como la remoción de materiales- suspendidos a l ser más densos que el agua.(ver f i g . 3 )

Los principales factores que afectan el diseño de los- separadores de aceite son:

-

L a gravedad específica del aceite

-

La gravedad específica del agua de desecho

-

La temperatura de la corriente del agua de desecho

-

La presencia o ausencia de emulsiones

-

L a concentración de sólidos suspendidos.

L a gravedad específica del agua y el aceite determinan la velocidad de separación.

Laseficiencias de separadores de aceite se reportan en la tabla n o

I

TABLA

I

Contenido Tipo

de aceite Afluente mg/l 300 220 108 108 98 100 42 2 O00

1 250 1 400

Ef luente mg/l 40 49 20 50 44 40 20 746 170 270

Aceite de

removido separador

(29)
(30)
(31)

-

Separadores de placas corrugadas.- Consiste en una c a r caza o armazón rectangular, reforzado con plástico, abier- to de ambos extremos para permitir que la corriente princ' pal fluya a través de la unidad.

Dentro de la carcaza esta' un paquete de placas e l c u a l está adherido al armazón soporte. Dependiendo de la capaci- dad deseada, un paquete de placas consiste de 44 a 47 hojas corrugadas de plástico montadas paralelamente una sobre o - tra con un espaciamiento de 3/4 a 1 1 / 2 pulgadas, en el a r mazón.

Ambos extremos de las placas estan conectados a un

-

sistema para extraer los sólidos y líquidos colectados. La unidad entera es instalada en la fase del separador en f o r ma inclinada a un ángulo de 4 5 " con las placas en una di-- rección transversal y paralelamente a la horizontal del

-

fondo en dirección longitudinal. (ver f i g . 4 )

Para obtener una distribución hornogenea del líquido,- una placa de bafles canaliza la corriente principal has- ta l o s canales corrugados.

(32)

F I G U R A 4

r"

a

a

Q

O

I

O

c

P

(33)

...

i"

c

(34)

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..

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.

...

r..

-.

c

vamente lejos de la corriente principal, previniendo el pe

-

ligro de reatrapamiento. Es entonces facimente dispuesto

-

como un sobreflujo hacia el acumulador de la fosa o a algún otro dispositivo.

Es

un eficiente separador por gravedad trabajando en- donde la ley de Stokes se aplique, n o tiene partes móviles n i raspadores, tampoco agitadores y no necesita fuerza para

su operación.

El

flujo laminar en el area de separación e- fectiva es lograda muy rapidamente a causa de la corta d i g tancia de las placas del interceptor de placas corrugadas. Por añaduría del aceite es automáticamente desnatado y es- extremadamente seco.

TRATAMIENTO

SECUNDARIO

Son procesos biológicos como, filtros biológicos, lo- dos activados, lagunas de oxidación y de estabilización,

-

donde s e llevan a cabo la oxidación bioquímica de los com- puestos disueltos en los efluentes que salen del tratamien to primario.

En los procesos bioquímicos s e requiere la precencia- de ciertos microorganismos capaces de biodegradar la mate- ria orgánica suspendida, hasta bióxido de carbono y agua.

En los sistemas de tratamiento secundario operan prig cipálmente dos procesos con el fin de eliminar los materia- les orgánicos de las aguas de desecho.

El primer proceso

-

incluye una combinación de transformaciones bioquímicas

-

que causan la oxidación y destrucción de los materiales or

-

gánicos de desecho que s e tratan. El segundo, es el de a-- sentamiento de los sólidos y de algunas partículas coloida les.

(35)

1)

La oxidación aeróbica de los componentes orgánicos en

-

lodos que contienen bacterias, para dar lugar a

COZ

y

H.0.

6(CH.0)x

+

50.

---

5C0,

+

5 H 2 0

+

energía

2) Formación de ácidos orgánicos por laconversión anaeróbl ca de carbohidratos da lugar a carbohidratos de menor peso molecular y a más bacterias.

5(CH,O)

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

(CH.O)x

+

2CH1-COOH

+

energía

X

3) La fermentación de l o s ácidos orgánicos da lugar a meta

n o ,

CO,

y más bacterias.

2.5CH.-COOH

---

(CH,O)

+

2C0,

+

energía

+

2CH4

X

4 ) La conversión fotosintética del bióxido de carbono da

-

lugar a compuestos orgánico, y oxígeno libre y agua.

2

+

Hi0

luz

+

bacterias

CO

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

2(CH,O) + 0

X

Además de las reacciones anteriores se llevan a cabo- reacciones de descomposición de los sulfatos nitratos y f o g fatos.

Un tratamiento adecuado en refinerías es función de

-

la calidad del efluente el cual depende de la producción

-

de ésta, el tipo de crudo alimentado, el volúmen relativo- de efluente y el grado de control en la planta. Donde el

-

propósito de ésta e s reducir la DBO por oxidación microbia na.

Las principales consideraciones para la elaboración y

diseño de esta etapa son: a) Extracción de la DBO

b) características del efluente. c) Requerimientos de oxígeno. d) Efectos de temperatura.

e) Requerimientos de energía para mezclados y aereación.

A s í tenemos las siguientes alternativas de tecnología:

-

Lodos Activados.- Este proceso s e desarrollo en Ingla- terra en 1914 y s e llamó así porque implica la formación de una masa activa de microorganismos capaces de estabilizar- aeróbicamente un desecho.

(36)

el mismo principio.

En

este Droceso, las bacterias son los microornanismos más importantes por ser los responsables de la descomposi- ción de la materia orgánica en el efluente. Son las respon

-

sables de obtener energía para la síntesis de material ce- lular.

Solo una porción de los desechos s o n oxidados a corn-- puestos de baja energía.

En este sistema, el agua s e introduce en un reactor-

en el cual se mantiene en suspensión un cultivo bacteriano aeróbico que realiza la conversión.

El ambiente aeróbico s e crea usando un difusor o aspas mecánicas, que a la vez mantienen un régimen de mezclado

-

comuleto.

Después de un periodo específico de tiempo la mezcla- de células vieias v nuevas vasa a un tanaue de sedimenta-- ción donde s e separan y son recicladas una cantidad de és-

tas al reactor con el fin de mantener la concentración de microorganismos deseada; las bacterias restantes de la se- dimentación son desechadas y corresponden a las células que s e formaron. (ver fig. 5 ) .

El nivel que s e debe mantener de masa :c$lular en el reactor debe depender de la eficiencia del tratamiento de- seado.

Este sistema s e considera como un proceso biológico

-

de elevada velocidad y puede tolerar altas concentraciones de contaminantes.

(37)

c

O

Q

O

(38)

El

sistema de lodos requiere mucho más consumo de e n e r gía que para una simple transferencia de oxígeno. Sin embar

g o , son consideradas como "el mejor tratamiento práctico"- pues usualmente las eficiencias de remoción esrde 90-95%

-

obteniendose 5-10 de la DBO soluble en efluente de este t r a tamiento.

-

Filtros de escurrimient0.- Son camas de 1-0.5 m de pro- fundidad l'lenadas con un material para empacar (piedras p~ queñas o sintéticas), el cual esta cubierto con una pelícu

-

la bacteriana y a través del cual es percolada el agua de- desecho.

La capa bacteriana tiene una cubierta aeróbica y una- subcapa anaeróbica, llevandose así a cabo el proceso aeró- bico como el anaeróbico.

Entonces una parte del sustrato es parcialmente oxida da proporcionando energía para el proceso biológico mien-- tras que otra parte es utilizada para la síntesis del nuevo material de la película bacteriana.

En la subcapa anaeróbica, la descomposición s e lleva- a cabo con la formación de ácidos orgánicos, CHq

v

H,S.

--

En el filtro de escurrimiento la materia orgánica

v

coloi- dal son removidas uor oxidación biológica, bioabsorción Y -

descomposición anaeróbica.

Usual-mente el grosor de la capa bacteriana esta entre

0 . 1 y 2 mm, los flujos hidráulicos operacionales son meno- res a 20-196 l/m'.min, pero estos no deben ser usados para controlar el grueso de la película. Si dicho grosor aumenta l a película s e lava y es retirada del filtro.

Algunas de las variables para el diseño y operación

-

incluven: la carga orgánica, la carna hidráulica la natura leza de los constituventes ornánicos, la temueratura. la

-

distribución y tipo de medio y la construcción y geometría

del filtro.

-

Lanunas de oxidación.- Estas pueden ser de tres tipos: lagunas aeradas, facultativas o anaeróbicas.

(39)

cultativas, cuando s e instalaron aereadores superficiales para i l i s n ~ r s a r l o s malos olores urovenientes de la descom- uosición orgánica.

El proceso de las laguans a - r e n r i a s P R escencialmente- igual al del proceso de lodos activados, con las excepcio- nes de que n o s e recirculan los lodos,se utiliza una laguna terrestre como reactor y el oxígeno requerido es suministra do por aereadores o por difusión. En una laguna aereada los solidos s e mantienen en suspensión por la acción de los ae- readores.Cver fig. 6 )

Los microorganismos utilizados son los mismos que en- el proceso de lodos activados se observan algunas diferene cias debido al area superficial tan grande en la laguna c a g sando efectos significativos en la temperatura, comparando con el proceso de los aodos activados.

Dependiendo del tiempo de retención, se pueden obtener eficiencias del 8 0 - 9 5 % de la remoción de la DBO (Metcalf). Antes de que el efluente s e descargue, los sólidos pueden- removerse por medio de un asentamiento ( es común que en un sistema de lagunas s e encuentre un tanque de abastecimien- to).

L a "Clow Corporation" recomienda que para estas lagu- nas s e u s e una profundidad que osile en un rango de 1 . 5 -

-

5 . 5 m y la concentración de sólidos suspendidos está en un rango de 1000-5000 mg/l.

Las ventajas de las lagunas aereadas son:

-

Fácil operación y mantenimiento.

-

Equilibrio de los desperdicios.

-

Una alta capacidad de disipación de calor cuando se re-- quiere.

Las desventajas son:

-

Se necesita un área muy grande

-

Dificultad para modificar los procesos

-

Una alta concentración de sólidos suspendidos en el e-- fluente

-

Sensibilidad en la eficiencia en el proceso debido a las

(40)

C "

~.

.. ..

.~

., ,

...

..-

. _

variaciones en l a temperatura del aire ambiental.

b ) Lagunas Facultativas.-

El

u s o de las lagunas f a c u l tativas es el más coman, principalmente porque se puede

-

producir un buen efluente con menor consumo de energía. La mayor desventaja de este proceso es el tiempo de retención tan largo que es requerido para el tratamiento del agua.

En la laguna facultativa la potencia que s e requiere, es sólo para crear niveles de turbulehcia suficiente pára- dispersar el oxígeno disuelto a través de la fase líquida. L a masa de sólidos no s e mantiene en suspensión sino que

-

s e m i e n t a n en el fondo de la laguna, donde s e descomponen- anaeróbicamente.

El

diseño de los aereadores de la laguna facultativa- s e basa s ó l o en l o s requerimientos de oxígeno sin conside- rar mezclado. (ver fig.6 ) .

La profundidad de las lagunas oscila de

1

a 2.5 m. c) Lagunas anaeróbias.-.Por lo generd$ s e construyen- con una profundidad de 1-5 m. Oswald (1960) sugiere que el ancho sea de una proporción 4:l de radio con respecto al

-

largo, en orden de depositar más lodos al final del efluen

-

te donde las condiciones de temperatura son favorables a la descomposición anaeróbica.

-

Lagunas de Estabilización.- Estas incrementan la capa- cidad de autopurificación de los desechos acuosos que con- tienen microorganismos y algunos de los componentes disuel tos en efluente, debido a su gran área expuesta a la a t m o g fera y a s u s tiempos de retención.

En éstas s e efectúa

u n -

tratamiento biológico y la sedimentación de la materia s u s

-

pendida.

La velocidad de autopurificación de las lagunas depen

-

de de l o s nivel totales de actividad biológica que son man tenidos en el lugar a medida que proceda la purificación

-

y a su vez sobre el número de microorganismos que estan u-

sualmente gobernados por la cantidad y concentración de

-

nutrientes apropiados.

(41)

.

F I G U R A 6

LAGUNA D E MEZCLADO. CQMELETO:..

L A G U N A DE O X I D A C I O N ,

"^,

.-

A F L U E N T E

n

LAGUNA FACULTATIVA

.-

(42)

.- I

-I

L a poca eficiencia del funcionamiento de la laguna p u g

de afectarse por diferentes situaciones como s o n :

-

Aumento de carga

-

Caída de temperatura

Estas lagunas de estabilización pueden clasificarse en función de los procesos que s e llevan a cabo de la siguien- te manera:

a) Lagunas aerobias.-

El

proceso s e lleva a cabo en

-

presencia de oxígeno atmosférico ( libre o disuelto en a- gua). Hay dos fuentes de oxígeno en las lagunas aereadas: 1) Reaereación de las lagunas por aire atmosférico, que

-

tienen poca influencia en el diseño, cuando éstas s e cargan con microorganismos a una velocidad moderada y cuando exig te una deficiente difusión de O 2 hacia l a laguna, debido- a las bajas velocidades del viento, teniendo un déficit de

O, disuelto en la laguna, por la mínima aereación a que e s tá sujeta, s e empiezan a formar zonas anaeróbicas que prod2 cen olores desagradables.

2) Fotosíntesis. Por lo anterior este proceso desarrollado por las algas para producir O,, es la fuente principal.

-

Por lo cual es necesario abundante luz solar y un adecuado p H y temperatura.

CICLO AEROBIO

o2

e

-

Luz

I

/

Algas

fotosintéticas Materia

Orgánica

-1

Bacterias Aeróbicas

descomposición

1

Amonio

Bióxido de Carbono

(43)

El

crecimiento de los cultivos de algas aumenta den-- tro de ciertos límites, con la temperatura y concentración de CO, y disminuyen con el tiempo de retención.

Se diseña teniendo en cuenta el balance positivo de 01 en todo el volúmen de

H,O

al vertir una cantidad, s e depo: sita en el fondo (anaerobiosis), por lo tanto es necesario disponer be grándes áreas destinadas para el tratamiento

-

de desechos y generalmente poca profundidad para evitar la formación de la zona anaeróbia.

Con esta distribución de dimensiones, la laguna tiene como desventaja la proliferación rápida de hierba que dis- minuye la capacidad de la laguna y obstruye el paso de los rayos solares que es vital para la fotosíntesis.

Las lagunas s e diseñan generalmente para largos perio dos de tiempo de retención, 10 a 4 0 día@, y con profundida

-

des de 1 . 0 a 1 . 2 m.

En condiciones que favorecee la simbiosis bacteria-- alga se pueden tener tiempos de retención de dos a tres d í

-

as.

b) Lagunas anaeróbias.- Se llevan a cabo esencialmen- te en ausencia de oxígeno atmosférico por lo que s e da una fermentación que resulta de la acción de dos diferentes t i pos de bacterias; las que forman ácidos y las que producen metano, que actúan en dos etapas sucesivas. En la primera- etapa algunos grupos heterógenos de bacterias anaeróbias

-

convierten proteínas complejas, carbohidratos y lípidos en ácidos orgánicos por hidrólisis y acidogénesis. P o r fermen taciones, finalmente las bacterias los convierten en meta-

n o , amoniaco, hidrógeno y agua; en la etapa de fermentación

(44)

r

....

-

...

.

..

..

CICLO ANAEROBIO

Material

Orgánico Luz N.,

CH4, H.

T

Bacterias

Fotosintéticas Anaerobias

Bacteria Anaeróbia

Primaria Secundarias

L

Bacterias

1

\

Ac. SJ:y volátiles

/

Humus

Factores .que afectan directamente el proceso anaeró- bico :

1) Temperatura y pH.- La fermentación del metano se inhibe por las algas a pH bajo de 5 . 5 .

El

Óptimo es de 6.8-7.2.

2 ) Profundidad y tiempo de retención. Las lagunas profun-- das hacen más eficiente la utilización de tierra, mantie-- nen a las bacterias productoras de metano protegidas de

-

cambios bruscos ambientales y del oxígeno disuelto.

3) Capacidad de carga. (ver fig. 7 )

-

- Lagunas facultativas.- Contiene dos procesos, aeróbico

y anaeróbico, permite la formación de estratificaciónes t é r micas del líquido que s e está tratando, por la acción de

-

la turbiedad y la poca penetración de la luz solar. Este

-

hecho favorece el diseño de las lagunasfacultativas ya que de esta manera s e mantienen separadas las dos zonas, elim' nandolas de materia orgánica.

(45)

y la alimentación con nutrientes, se empieza a desarrollar los lodos y el proceso de eliminación de materia orgánica encondiciones anaeróbicas. Por l o tanto la oxigenación fo- tosintética y la producción de metano son l o s pasos claves en este proceso.

CICLO FACULTATIVO

Luz

Materia Orgánica

Bacteria

'

Algas

aerobia fotosintéticas

Bacterias anaeróbicas

Aminio

co

2

N,,

CH4,

h

t

I

descomposición

primaria Bacterias

anaeróbicas secundaria

-

descomposición

\,

Acidos

volátiles

L o s factores que deben considerarse en el diseño son: 1) Temperatura y pH.- De 9 a 35"C, ya que el crecimiento

-

de algas se alcanza a una temperatura de 25 a 30°C.

2 ) Profundidad.- Se recomienda en general una profundidad-

de 1.2 a 1.8 m para lagunas facultativas.

Mc Garry y Pescod (1970) encontraron que en las lagu- nas facultativas la eficiencia de eliminación de la

DBO

n o

se afecta considerablemente al variar la profundidad. Se

-

ha observado que pueden funcionar con excesos de carga de-

5 0 k g de DBO al día. (ver f i g . 7 )

(46)

F I G U R A 7

I

/EF LU E N T E A F L U E N T

I- -

LAGUNA ANAEROBIA

LAGUNA DE ESTABILIZACION

E F L U E N T E A F L U E N T E

.

.

LAGUNA F A C U L T A T I V A

(47)

SISTEMAS DE AEREACION

En el metabolismo de los microorganismos aeróbicos,--

el oxígeno actúa como aceptor de electrónes en el catabolig mo. La función del sistema de aereación es la de transferir e l oxígeno al líquido, a una velocidad tal, que éste nunca sea el reactivo limitante en la operación de un proceso.

Los factores que afectan la transferencia de oxígeno- son:

1 ) Saturación del oxígeno.- La concentración de satu- ración del oxígeno en agua depende de la salinidad de ésta, ,

de la temperatura y de la presión parcial del oxígeno en 5 gua.

Dicha concentración s e calcula mediante la siguiente ecuación:

donde:

=

e&

el

valor de saturación del oxígeno a una presión atmosférica total de 760 mm Hg en *

mg/l.

P

= Presión atmosférica

TABLA DE PRESIONES

TEMPERATURA ( " C )

O 5

1 0 1 5

2 0

25 30

PRESION DE VAPOR 4 . 5

6 . 5 9 . 2 1 2 . 8 1 7 . 5 2 3 . 8 3 1 . 8 ( m m H g )

(48)

2) Temperatura.- La temperatura afecta el coeficiente- global de transferencia de oxígeno, de @cuerdo con la si- guiente ecuación:

r.

.".

" I .

"...

-.,

,.

r ..

...

F

r-

& _ ~

?

....

c .

...

r.

..

.-

.. "

"., .

donde:

T

= temperatura del agua en

"C

3) Características del ef1uente.- Existen agentes ten- soactivos como l o s ácidos grasos de cadenas cortas y los

-

alcholes, que son solubles en agua y en solventes grasos. La parte hidrocarbonada de la molécula es responsable de

-

su solubilidad en el aceite, mientras que los grupos c a r b o xi e hidroxi tienen suficiente afinidad con el agua para 5 rrastrar hidrocarburos de cadenas cortas. Estas moléculas- s e concentran'en la interfase agua-aire, l o cual crea una- concentración de moléculas

o

películas que retardan la di- fusión molecular. Para compensar este efecto, se usa el

-

factor o( , donde:

o( = Kla del efluente Kla del agua

4 ) Turbulencia.- Un alto grado de turbulencia rompe la

película mencionada en el punto anterior y = 1. Este

-

factor se usará más adelante.

CALCULO DE LA VELOCIDAD DE TRANSFERENCIA

DE

OXIGENO.

I)

Velocidad de Transferencia de Oxígeno.- Este cálcg

l o s e hace en base a diseños especiales hechos p o r el fabri

-

cante bajo condiciones estandar, por l o que dicha velocidad s e modifica de acuerdo a las condiciones del proceso espe- cífico, utilizando la siguiente ecuación:

1-

(49)

(p-p

cs

-

C)

1

760-p

[ cs

=

dC

dC

dTactual (dTStd.

(-)

11) Determinación de Kla y del valor alfa.- Se pueden usar condiciones de estado estacionario o contínuo, para.4 determinar las características del equipo de aereación ba- j o las condiciones del proceso:

= Kla (Cs

-

C)

-

R

dC

dTactual

(-)

donde:

Cs

= Concentración en la saturación

C

= Concentración del oxígeno

R = Velocidad de utilización del oxígeno por la bio-

-lt-l

masa

[=1

Gm

Kla = Velocidad de transferencia total del oxíaeno ba

i o condiciones del uroceso. El valor incluve e-

fectos de la superficie activa del material,

-

temperaturas y presión parcial.

DISEÑO

Diseño de sistemas de aereación.- El punto más caro

-

enun.proceso de tratamiento aeróbio, es el sistema de agi- tación. Debido a esto, su diseño es crítico si los paráme- tros del tratamiento son costo-eficiencia.

L o s fabricantes cotizan los sistemas de aereación en- en función de la masa de oxígeno que el aereador puede in- troducir en el agua por unidad de tiempo o por unidad de

-

potencia.

L o s métodos actuales para transferencia de oxígeno en tratamientos biológicos aeróbios son:

1 ) Aereación por difusión.- L o s sistemas de difusión-

(50)

operan al mandar aire comprimido a través de difusores. E 2 to s e hace por medio de compresoras que trabajan a una prg sión suficiente que venza las fuerzas por fricción en las tuberías del sistema y la presión que ejerce el agua sobre los difusores.

Este sistema se ve afectado por el espacio de difusión ancho del tanque, profundidad y por el flujo del aire.

Se incrementa la velocidad de difusión al aumentar el tiempo de contacto entre las burbujas y el agua. Una venta j a de este sistema es que aumenta la turbulencia.

Existen basicamente dos tipos de difusores:

a) Difusores de burbujas finas.- Estan hechos de m a t e rial compuesto de dióxido de silicio u óxido de aluminio,- sostenidos por un material de cerámica o de plástico.

Los tamaños de los orificios varían de 2 a 2.5 mm. La velocidad de transferencia es grande debido al aumento del área de contacto interfacial, aunque existe una gran pérd’ da de energía debido al tamaño de los orificios.

Otra desventaja es que s e tapan facilmente, lo cual

-

aumenta s u costo de mantenimiento.

b ) Difusores de burbujas grandes.- Estos difusores

-

tienen orificios con un tamaño mayor de 2.5mm, pueden ser- de punta, de valvula, de orifcio y de metal.

Debido a que su área de contacto es menor, disminuye- la velocidad de transferencia, sin embargo, tiene la venta j a de requerir menor mantenimiento y >paténcia. Los tipos- que existen son:

i) Sparjer.- Difusión a través de orificios de un flujo a- alta velocidad.

ii) Sistema 1NKA.- Series de tubos con orificios pequeños- que forman un enrejado lateral.

(51)

El grado de mezclado depende de la potencia de las t u r binas y es independiente del flujo del aire. No existen 1

'

mitaciones en cuanto a la geometría.

Debido a que los microorganismos utilizan oxígeno y

-

liberan bióxido de carbono como resultado de su metabolis- mo, una parte del gas se utiliza por lo que s e debe agregar nuevo oxígeno. L a cantidad de oxígeno que s e puede poner

-

en el líquido es casi cuatro veces mayor que la cantidad

-

que se pone en el aire bajo las mismas condiciones.

Este proceso es aplicable a:

-

Areas limitadas

-

Grandes fluctuaciones en la carga orgánica

-

Grandes efluentes industriales y municipales. Existen basicamente dos tipos de generadores de ox:-- geno:

a) Los procesos tradicionales de separación criogéni- ca de aire para grandes aplicaciones.- Este proceso involg cra la licuación del aire, seguida de una destilación f r a c cionada para separar sus componentes, principalmente n i t r o geno y oxígeno.

b ) Sistemas de adsorción uor uresión en vaivén para

-

plantas pequeñas. Se utiliza un sistema de capas múltiples para proporcionar un flujo continuo de oxígeno. La alimen- tación del aire s e comprime y pasa por los adsorbedores.

-

El adsorbente remueve el C O Z , agua y

N,,

produciendo o x í g e

n o altamente puro.

En este tipo de aereadores y en

el anterior, la trans

ferencia de oxígeno depende de la potencia del compresor o del motor.

3) Aereadores superficiales.- Son los más recientes y los más usados en los nuevos sistemas.

Existen dos tipos principalmente, los de baja veloci- dad'y l o s de alta velocidad o de motores acelerados. Estos Últimos son más baratos, por s u velocidad de transferencia de oxígeno es menor que en los primeros y algunas veces

-

(52)

r

presentan el problema de atorarse, cuando el agua residual contiene grándes cantidades de materiales suspendidos. Por lo que s e prefiere los aereadores de baja velocidad.

En la tabla I11 s e muestran rangos de potencia para- diferentes tipos de sistemas de aereación.

-

Consideraciones de mezclado.- El mezclado es una

-

consideración muy importante en el diseño del sistema de

-

aereación. ya aue s e reauiere un buen mezclado para mante- ner la biomasa en suspensión así como para distribuir el

-

oxígeno en el líquido.

4 ) Oxígeno puro.- Desde hace algunas décadas s e ha u- sado oxígeno puro como sustituto del aire en procesos de

-

lodos activados, los cuales s e han vuelto muy populares.

-

Se cubren los tánque y el oxígeno que s e introduce se rer- circula.

ELEMENTOS BASICOS P A R A EL DISEÑO

D E UN AGITADOR:

I.

Diseño de procesos.

1 . Mecánica de fluidos de los impulsores.

2. Patrones de flujo requerido por el proceso. 3. Escalamiento y similitud hidráulica.

11. Características de potencia de los impulsores.

4 . Relaciones de potencia del impulsores.

111. Diseño mecánico.

5. Tipos de impulsor. 6. Flechas.

7 . Transmisiones.

Las comparaciones s e realizan en base a:

1.- Eficiencia de la transferencia de oxígeno.

2.- Suspensión de sólidos. 3.- Flexibilidad.

4.- Principales limitaciones y ventajas de cada sistema. A continuación s e muestra una tabla comparativa entre

(53)

TABLA

I11

.._

.-

.... ,..

....

I. ...

..

CAPACIDAD DE TRANSFERENCIA DE OXIGENO DE VARIOS EQUIPOS DE AEREACION

SISTEMA DE AEREACION EFICIENCIA DE LA

TRANSF. TIPICA %

Difusores

.

Burbuja fina

.

Burbuja mediana

.

Burbuja grande Turbina con rociadores Tubo estático

Jet

Oxígeno puro

.

Generación criogénica

.

Adsorción por presión

.

Turbina y generación criogénica

Superficiales

.

Baja velocidad

.

Baja velocidad c/tubo

.

Alta velocidad

10

-

30

6

-

15

4 - 8

-

7

-

10

10

-

25

-

-

-

-

-

-

-

VELOCIDAD

DE

TRANSPORTE STANDARD

1.2

-

2.0

1.0

-

1.6

0.6

-

1.2

1.2

-

1.4

1.2

- 1.6

1.2

-

2.4

-

-

-

1.2

-

2.4

1.2

-

2.4

1.2

-

2.4

1.2

-

2.4

VALORADO

0.7

-

1.4

0.6

- 1.0

0.~3

- 0.9

0.7

-

1.0

0.7

-

0.8

0.7

- 1.4

1.4

-

1.8

1.0

-

1.3

1.2

-

1.5

0.7

-

1.3

0.7

- 1.4

0.7

-

1.3

0.7

- 1.3

..

...

,

* .

..

,

(54)

w

Fa

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8

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