Universidad Nacional Federico
Villareal
Curso: Contaminación minera y de hidrocarburos Profesor: Ing. Julio César Minga
Integrantes:
Amachel Carrillo, Gerardo Calle Escalante, Cindy Delgado Berdillana, Ricardo Mellado Delgado , Gabriela
Análisis del Diseño
de la Planta de
Tratamiento de
Aguas Ácidas de la
Unidad minera
2 ÍNDICE
1 OBJETIVO GENERAL ... 4
2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 4
3 CRITERIOS DE DISEÑO ... 4
3.1 Caracterización del Efluente ... 4
3.2 Caudal del Afluente ... 5
3.3 Criterios de Descarga ... 5
4 COMPONENTES DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO ... 7
4.1 Componentes Primarios: ... 8
4.2 Componentes Secundarios: ... 11
4.3 Reactivos ... 12
5 DESCRIPCIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO HDS ... 14
5.1 Infraestructura de la Planta de Tratamiento ... 14
5.2 Tratamiento de agua de mina del Proyecto Minero Tambomayo ... 15
5.2.1 Fuentes de aguas ácidas ... 16
5.2.2 Proceso de tratamiento de aguas ácidas ... 16
5.2.3 Tanque reactor ... 16
5.2.4 Clarificador... 17
5.2.5 Poza de almacenamiento ... 17
5.2.6 Pozas de Lodos ... 18
6 MONITOREO DE EFLUENTES ... 18
6.1 Puntos de Monitoreo de Efluentes a la Salida del STARI (antes de la recirculación del efluente) ... 18 6.2 Parámetros analizados ... 19 6.3 Resultados ... 19 6.4 Evaluación de Resultados ... 20 7 CIERRE DE PLANTA ... 20 8 CONCLUSIONES ... 21 9 RECOMENDACIONES ... 22
3 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 Parámetros generales de Diseño de la Planta de Tratamiento de aguas
ácidas – Mina Tambomayo………8 4 Parámetros para el Diseño del Clarificador – Mina Tambomayo………10 5 Reactivo de Cal usado en la Planta de Tratamiento de aguas ácidas – Unidad
Minera Tambomayo………12 6 Reactivos de Floculante usados en la Planta de Tratamiento de aguas ácidas –
4
ANALISIS DEL DISEÑO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE
AGUAS ÁCIDAS
DE LA UNIDAD MINERA TAMBOMAYO
1 OBJETIVO GENERAL
Analizar el diseño de la planta de tratamiento de aguas acidas de la unidad minera Tambomayo por medio de recopilación y comparación de información.
2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Conocer los criterios de diseño de la planta de tratamiento de aguas acidas. Conocer los componentes del sistema de tratamiento de aguas acidas.
Describir e interpretar el funcionamiento y los procesos llevados a cabo dentro del sistema de tratamiento de aguas acidas.
3 CRITERIOS DE DISEÑO
3.1 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).
5 Tabla 1
Características del Efluente a Tratar Tomadas para el Diseño
Unidades Total Valor Disuelto
pH 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 4.3 Hierro (Fe) mg/L 83 1.61 Plomo (Pb) mg/L <0.05 <0.05 Manganeso (Mn) mg/L 38 38 Zinc (Zn) mg/L 42 42
3.2 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)
3.3 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).
6 Tabla 2
Criterio de Descarga para la Planta de Tratamiento de las Aguas ácidas de la mina Tambomayo Parámetros Unidades Legislación Nacional Criterios de descarga aprobados para la planta de tratamiento de aguas ácidas Tambomayo Ley General de Aguas 1
MEM 2 Máximo Promedio
pH u.e. - 6 – 9 6 – 9 6 – 9 Sólidos Totales en Suspensión (STS) mg/L - 25 25 15 Aluminio (Al) mg/L - - 2* 1.5* Arsénico (As) 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*
1Ley General de Aguas, Decreto Ley 17752 – D.S.261-68-AP, Clase III
2Límites Máximos Permisibles para Efluentes de las Actividades Minero Metalúrgicas – R.M.
011-96-EM/VMM *Metales Totales ** Metales Disueltos
7 4 COMPONENTES DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO
Los criterios de diseño son la base para determinar los parámetros y poder efectuar el diseño de la planta de tratamiento y efectuar el dimensionamiento de los principales componentes de la planta.
Tabla 3
Parámetros Generales de Diseño de la Planta de Tratamiento de aguas ácidas – Mina Tambomayo
Parámetro Unidades Condiciones
de diseño Condiciones de operación promedio Condiciones de flujo mínimo Caudal de diseño m3 /h 97.91 3960 3024 Factor de capacidad hidráulica máximo - 1.2 - - Coeficiente de rechazo - 0.6 - - Caudal máximo m3 /h 120.6 - - Caudal mínimo m3 /h 3024 - - Número de reactores - 2 - - Capacidad del tanque reactor M 3 1260 - - Tiempo de residencia por tanque min. 15 19 25
8
4.1 Componentes Primarios:
Dentro de los componentes primarios del proyecto se tienen los siguientes:
Tanque de preparación de lechada de cal
Tanque de preparación de floculante
TANQUE DE PREPARACION DE LECHADA DE CAL Altura 2.6 metros Diámetro 2.6 metros Volumen 13.8 m3 TANQUE DE PREPARACION DE FLOCULANTE Altura 1.8 metros Diámetro 1.8 metros Volumen 4.6 m3
9 Tanque de neutralización pH 11 Tanque de neutralización pH 7 TANQUE DE NEUTRALIZACION PH 11 Altura 7.9 metros Diámetro 6.7 metros Volumen 278.5 m3 TANQUE DE NEUTRALIZACION PH 7 Altura 6.3 metros Diámetro 5.4 metros Volumen 144.3 m3
10 Clarificador
Tabla 4
Parámetros para el Diseño del Clarificador – Mina Tambomayo
PARÁMETRO UNIDADES CONDICIONES DE DISEÑO
CONDICIONES DE OPERACIÓN PROMEDIO CONDICIONES DE FLUJO MÍNIMO 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 - -
Volumen del clarificador (altura =
pared del cilindro) M
3 12600 - -
Tiempo de residencia
del clarificador H 2.5 - -
Tasa de recirculación
de masa (de diseño) - 20 20 20
Porcentaje mínimo de
sólidos en el lodo % 15 15 15
Porcentaje máximo de
sólidos en el lodo % 25 25 25
Caudal de diseño para
11
4.2 Componentes Secundarios:
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 mezcla de cal/lodos y agitador Cajón de paso a la planta clarificadora 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
12
4.3 Reactivos
Tabla 5
Reactivo de Cal usado en la Planta de Tratamiento de aguas ácidas – Unidad Minera Tambomayo
PARÁMETRO UNIDADES CONDICIONES
DE DISEÑO CONDICIONES DE OPERACIÓN PROMEDIO CONDICIONES DE FLUJO MÍNIMO 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 diseño g/L 0.24 0.15 0.15
Consumo de cal viva CaO de diseño 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 m3/h 7 4 3 Tiempo de almacenamiento de la lechada de cal H 12 25 33
Volumen del tanque de almacenamiento de lechada de cal
13 Tabla 6
Reactivos de Floculante usados en la Planta de Tratamiento de aguas ácidas – Unidad Minera Tambomayo PARÁMETRO UNIDADE S CONDICIONE S CONDICIONE S DE OPERACIÓN PROMEDIO CONDICIONE S DE FLUJO MÍNIMO Floculante Dosificación de floculante Mg/L 3 2 2 Consumo de floculante Kg/h 15.1 7.9 6 kg/día 363 190 145 Concentración de la solución de floculante primaria % 0.3 0.3 0.3 Tasa de alimentación de la solución floculante primaria L/min 84 44 34 Concentración del floculante diluido % 0.05 0.05 0.05
Agua para dilución
14 5 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/lodos Lodos/Cal). La finalidad de 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 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.
15 La infraestructura principal de la planta de tratamiento es la siguiente:
• 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
• Agua potable
5.2 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.
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.
16
5.2.1 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.
5.2.2 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.
5.2.3 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 tanque reactor más para la precipitación de los metales con la adición de sulfhidrato de sodio, un sistema de almacenamiento y dosificación de ácido sulfúrico.
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5.2.4 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).
5.2.5 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.
5.2.5.1 Bomba sumergible
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)
18 5.2.6 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.
6 MONITOREO DE EFLUENTES
6.1 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.
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6.2 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.
6.3 Resultados
Resultados del Análisis del Efluente minero
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:
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6.4 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 normativa nacional.
7 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.
21 8 CONCLUSIONES
Dentro de los criterios de diseño se tomó en cuenta la caracterización de aguas residuales, el caudal de entrada en el sistema (afluente) y el cumplimiento de la normativa nacional como son la Ley General de Aguas Clase III y los Límites Máximos Permisibles para Efluentes de las Actividades Minero Metalúrgicas.
El diseño 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/lodos Lodos/Cal). La finalidad de 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 sistema de tratamiento de aguas acidas de la unidad minera Tambomayo tiene como componentes principales los tanques de preparación de lechada de cal y floculante, los tanques de neutralización de pH 11 y 7 y el Clarificador.
22 9 RECOMENDACIONES
Teniendo en cuenta el avance futuro en la profundización de la mina, es posible que el agua se torne más agresiva y la caracterización química del agua cambie. Por tanto se recomienda adicionar un reactivo más al proceso (sulfhidrato de sodio) y/o regular el pH luego del tratamiento con adición de ácido sulfúrico.
Se recomienda el uso de analizadores de pH en los tanques de neutralización y en la descarga del clarificador (rebose).
Se recomienda evacuar a la línea de relaves cuando el porcentaje de solidos sea mayor al 10% (actualmente está indicado en 15%), esto debido a los problemas que puede ocasionar los sedimentos en caso se decida recircular.
