EVALUACIÓN DE PLANTAS DE TRATAMIENTO ING. MANUEL LÓPEZ CANO, Ingeniero Civil, Especialista en Ingeniería Sanitaria y Ambiental. Recibido en la Universidad Nacional de Asunción, Paraguay. Actualmente desempeñando el cargo de Presidente, de la Empresa de Servicios Sanitarios del Paraguay S.A. Tel.: 210.319 / 210.330 ING. QUIM. OLGA MARECOS Ingeniera Química, Especialista en Ingeniería Sanitaria y Ambiental Recibido en la Facultad de Ciencias Químicas. Universidad Nacional de Asunción, Paraguay. Actualmente desempeñando en la Gerencia de Planificación y Control de Gestion, en la Empresa de Servicios Sanitarios del Paraguay S.A. e-mail: [email protected] Tel.: 211.381

EVALUACIÓN DE PLANTAS DE TRATAMIENTO Ing. Manuel López Cano, Ing. Quim. Olga Marecos INTRODUCCIÓN: En este trabajo técnico, se pretende mostrar la importancia que tiene la elección correcta del proceso de tratamiento, que es propia para cada calidad de agua cruda, de modo a garantizar la calidad de agua tratada. Es impostergable la difusión de los criterios válidos para la determinación del proceso correcto y del diseño de las unidades del proceso considerado para el tratamiento de un agua en particular. Es bien conocido por los sanitaristas más memoriosos, que con anterioridad se recurrían a la adquisición de plantas potabilizadoras en función exclusiva al caudal de producción y a tablas que en función a unas pocas determinaciones de la calidad del agua cruda conducían a la compra de plantas patentadas que no responden a las exigencias del agua cruda para su potabilización y su operación ocasiona mayores costos por los gastos en ayudantes de floculación que demandan, la perdida de agua producida en al extracción de lodo y en el lavado frecuente de los filtros. Como modelo de diseño se presenta la evaluación que fuera realizada a la planta de tratamiento ubicada en Tebicuarymi, que abastece a las ciudades de Coronel Oviedo y Villarrica. Esta evolución fue efectuada a fin de identificar los parámetros de diseño, que deberían considerase para la ampliación y optimización de la Planta de tratamiento, cuyos inicios datan del 21 de marzo de 1986. A. ESTUDIO DE LA DEMANDA Y DE LA OFERTA: a. 1

La capacidad nominal inicial de la planta de tratamiento en la primera etapa es de 130 L/s (468 m3 /h). Esta capacidad nominal responde a la capacidad real según los resultados de la evaluación..

a.2

El volumen empleado en la Planta para lavado de filtros y extracción de lodo representa el 5,5 % de la capacidad nominal. En relación a otras perdidas en Planta, se observa la infiltración importante del reservorio (dreno proveniente de la galería de filtros = 3 m3 /h.

a. 3

El numero de conexiones previstas por proyectos para la ciudad de Coronel Oviedo: 2.622 conexiones, mientras que a octubre de 1993 el numero total de conexiones es de 3.782 (44% sin medición) .

a.4

Con la operación de 24 horas, el numero atendible de usuarios es de 8.320. Valor encontrado con una dotación de 180 l/h.d.; este es el consumo promedio encontrado entre el volumen facturado de las conexiones con medidores. En conclusión la planta esta en condiciones de atender a 1.068 nuevos usuarios, siempre y cuando todas las conexiones cuenten con medidores.

a. 8

La ampliación de la Planta debe realizarse en base al análisis de cobertura propiamente dicha (es decir a la posibilidad de conectarse y no en base a las conexiones existentes).

a. 9

La ampliación de la planta prevista para la segunda etapa, que concluyera en el año 2002, es de 65 l/s. Los requerimientos son una cuarta unidad de bombeo de agua cruda, 1 floculador, 1 decantador y 2 filtros. Todos de las mismas características y dimensiones de los existentes.

B. TOMA DE AGUA CRUDA Y DESARENADOR b.1

El desarenador esta perfectamente diseñado para el volumen de las dos etapas (195 l/s).

b.2

El caudal de tratamiento de cada desarenado es de 108 l/s. Como posee dos unidades de 1.5m de ancho x 6m de largo, se encuentra apto para el tratamiento máximo de 204 l/s. Esto se concluye considerando que las partículas iguales o mayores a 0.2 mm deben ser decantadas en la caja de arena a fin de evitar el desgaste de dos impulsores de las electro bombas de agua cruda.

b.3

En la actualidad se tiene dificultades con la presencia de areneras que operan en las proximidades de la toma de agua cruda. De allí, la necesidad de mantener convenios de cooperación con SENASA para la protección del Río Tebicuarymí. También se constata la erosión sufrida en la costa de enfrente a la Planta. Es necesaria su protección, para evitar el desvío del actual canal.

b.4

b.5

Inicialmente se tenían 3 electrobombas tipo turbina de eje vertical de 65 l/s de sendos rendimientos, trabajando en simultáneo hasta dos unidades.

b.6

La aductora de agua cruda es de HoFo de 300 mm. Es decir que para la segunda etapa debe preverse la suma de una tubería de 250 mm.

C. CÁMARA DE LLEGADA c.1.

El agua cruda llega al mezclador Parshall de W = 9”, obteniéndose un gradiente de 1200 s-1. .Gradiente conveniente para obtener una mezcla homogénea de los productos químicos con el agua para la coagulación.

c.2

La alcalinidad del agua cruda durante la evaluación permitió prescindir el agregado de cal. Según experiencia de operación, se ven obligados en períodos de lluvia a su adicción.

c.3

El agregado de dosis óptima de sulfato (determinado por Jar Test) se verificó en Planta. Las sugerencias para realizar la prueba de jarra de tal manera a reproducir los procesos de la planta se anexan. (ANEXO A).

c.4

Asimismo se sugiere la implementación de la curva de dosis de sulfato vs. Turbiedad del agua cruda. Gráfico que permitirá optimizar el consumo de sulfato de aluminio y la calidad del agua producida.

c.5

Cuenta con tres flocuradores “mecánicos”. Los agitadores se encuentran fuera de servicio. Se recomienda la reparación, sin previa consulta de catálogo, se comprueba que los motoreductores permitan obtener los siguientes gradientes obtenidos en la determinación de parámetros óptimos de floculación (TABLA 2) : -1

1° Compartimiento: 60 s –1 2° Compartimiento: 30 s -1 3° Compartimiento: 15 s c.6

En el primer compartimiento de cada uno de los floculadores se observa que las arenas están suspendidas por flotación. Se estaría tratando de arena fina. Ver párrafo b.3.

D. DECANTADORES d.1

Los 3 decantadores convencionales de flujo laminar (seditubos), siendo el tiempo de retención para la capacidad actual: 41 minutos.

d.2

A continuación se presenta el promedio de las turbiedades registradas en las unidades de proceso. AGUA CRUDA TURBIEDAD

D1

DECANTADORES D2

D3

1

5,3

8,0

4,9

0,8

FILTROS 2 3 3,4

2,6

4 3,5

OBSERVACIÓN: La alta turbiedad del decantador 2 se debe a la falta de los seditubos en un sector. También se observa la influencia del viento aumentado a 5, 6 UNT la turbiedad del agua de los decantadores: N° 1 y N° 3. d.3

De acuerdo a el ensayo realizado para la determinación de parámetros óptimos de decantación, la velocidad ideal para el diseño es: 120 m3 /m2.d. Ver tabla 3.

d.4

En fango se extrae del fondo del decantador (no cuenta con concentradores de fango) por la apertura manual de la válvula compuerta. La extracción de fango de los decantadores responde a condiciones variables de operación.

d.5

La entrada al decantador a construir en la ampliación, se sugirió sea modificada, de tal manera a distribuir uniformemente el agua floculada para todos seditubos. Así como también el fondo para la extracción apropiada del fango.

E. FILTROS e.1.

Como se observa en la tabla presentada en el párrafo d.3, se tienen 3 filtros rápidos por gravedad. Los filtros están provistos de arena y antracita. Encontrándose para el lavado superficial en cada filtro, dos lavadores superficiales metidos en el material filtrante.

e.2.

El lavado superficial no se realiza debido a la imposibilidad de que las aspan giren libremente. La función del lavado superficial es romper la costra superior depositada sobre el material filtrante, de tal manera que al efectuar el lavado ascendente se elimine al dreno, y asimismo también se evitará el paso del agua de lavado por canales preferenciales. Permitiendo entonces el lavado homogéneo de todo el conjunto filtrante.

e.3.

De allí la importancia del funcionamiento del lavado superficial. Por ello se recomendó la modificación de levantar las aspas por encima de la antracita., de tal manera que el giro sea libre. Esta corrección es fácilmente realizable al suprimir el niple a bridas que une las cajas de engranajes.

e.4.

El volumen a emplear para el lavado superficial estableciendo 3 minutos de funcionamiento es 21 m3 /lavado. Rendimiento de las electro bombas para lavado superficial =12,5 l/s.

Para el lavado en flujo ascendente, el volumen empleado para 10 minutos 72 m3/lavado. Por lo tanto el volumen total necesario para el lavado de los filtros es 93 m3. Siendo la carrera ideal de los filtros 18 horas de servicio. Se tiene para el lavado de las tres unidades un consumo del 3,3 % de la producción.(La Planta operaba durante un promedio de 18 horas). e.5.

e.6.

e.7.

El lavado de los filtros de tasa declinante se efectúa bajo control de turbiedad del agua (poseen turbidímetros). Practica que es muy importante implementar en otros sistemas del interior. La tasa de diseño de los filtros es elevada 326 m3/m2.d. De allí la importancia de mantener la altura de proyecto para la arena 0.30m, antracita 0,55m. Por tanto al medir el nivel libre del borde del filtro a la antracita se debe tener 2.14m. Las velocidades en las tuberías adyacentes son las siguientes: Lavado: 2,4 m/s. Lavado superficial: 1,6 m/s. Velocidades consideradas correctas en la padronización de diseño

F. DESINFECCIÓN Y MEJORAMIENTO DEL pH. f.1

La desinfección se realiza con el agregado de cloro. La dosis agregada es muy variable según las condiciones en materia orgánica del agua cruda. En relación al funcionamiento de los cloradores, se precisa la incorporación de las electrobombas de utilidad para mejorar el vacío generado en el hidroeyector.

f.2

El agregado de solución de cal se realiza apropiadamente.

ANEXO A. RECOMENDACIONES PARA LA REALIZACIÓN DE JAR-TEST. CONSIDERACIONES INICIALES Se emplea la solución de sulfato de aluminio utilizada en Planta de Tratamiento. Durante la evaluación, esta se prepara disolviendo 1 bolsa de sulfato (50kg) en un volumen útil del tanque de 2,7 m3. por lo tanto la concentración de la solución en el tanque es 18500 ppm. Con respecto a la adicción de coagulante, los mismos deben ser añadidos en el mismo orden en que se agregan a la Planta de Tratamiento y lo mas rápidamente posible a las seis jarras; de lo contrario podrán cometerse errores al juzgar la rapidez con que aparece el primer floc. El punto donde se agregan los coagulantes es dentro del líquido y junto al eje de las paletas. Los resultados de coagulación – floculación se determinan de acuerdo al índice de Willcomb. Los datos a ser registrados durante la floculación son: a.

Tiempo de formación del floc: se determina en segundos el tiempo que tarda en aparecer el primer indicio de floc.

b.

Características del floculo, a través del índice de Willcomb

N° de Indice Indice de Willcomb 0 Floc coloidal. Ningún signo de aglutinación 2 Visible. Floc muy pequeño, casi imperceptible Disperso. Floc bien formado pero uniformemente distribuído 4 (sedimenta muy lentamente o no sedimenta) Claro. Floc de tamaño relativamente grande pero que 6 precipita con lentitud. 8 Bueno. Floc que deposita facil pero no completamente. 10 Bueno. Floc que deposita facil pero no completamente. c. d.

Alcalinidad y pH: es aconsejable medir el pH y la alcalinidad antes y después del proceso de coagulación. Turbiedad residual: se toma el sobrenadante después de 15 minutos del periodo de sedimentación.

ACTIVIDADES Determinación de la dosis optima de coagulante. Colocar en seis vasos pequeños por medio de una pipeta o bureta la dosis de coagulante que se va a agregar. El contenido de cada vaso se succiona con una jeringa médica provista de una aguja hipodérmica. Se retira la aguja de la jeringa, y esta ultima con su dosis completa, se coloca junto a la jarra correspondiente. Se gira las paletas del equipo a 100 rpm por espacio de 1 minuto y se inyecta el contenido de cada jeringa en la jarra que le corresponde. Si el agua requiere alcalinización: la dosis de cal se determinara en una prueba especial, en la cual manteniendo la dosis óptima de coagulante se aplicaran en cantidades variables una suspensión de cal al 1%. Una vez hecha la mezcla rápida durante 1 minuto, se disminuye la velocidad de rotación de las paletas a 40 rpm para la floculación por un periodo de 20 minutos, se suspende la agitación, y se da sedimentar el agua por 15 minutos. Se retira el sobrenadante de cada uno de los vasos de Jar Test y se procede a medir la turbiedad en cada muestra. Esta prueba de Jar Test debe realizarse con diferentes turbiedades iniciales de agua, a fin de obtener su respectiva dosis optima. Los resultados se grafican en papel aritmético. y=a+bx y= log de turbiedad de agua cruda x= dosis optima de coagulante

OBSERVACIÓN: El volumen de sulfato a adicionar se determina por la formula de disolución. C1 x V1 = C2 x V2 Donde C1: ppm de la solución de sulfato proveniente del tanque de preparación (18500 pm). V1: ml de solución de sulfato proveniente del tanque de preparación. C2: ppm (dosis) de sulfato en agua. V2: ml de agua cruda (2000 ml). Despejando V1= C2 x V2 C1 Una vez encontrada la dosis óptima (la de menor turbiedad) se verifica en planta, empleando la misma formula de disolución: C1 x V1 = C2 x V2 Donde C1: ppm de la disolución de sulfato proveniente del tanque (18500 ppm). V1: caudal bombeado por la dosificadora en l/s. (*) C2: ppm de dosis óptima determinada por Jar Test. V2: caudal de agua en l/s., (lectura del Parshall). (*) El V1 se determina midiendo el tiempo (en segundos) para el llenado de un recipiente de 1 litro con la solución de sulfato. TABLA 1 TEBICUARYMI ENSAYO DE JARRAS PARA DETERMINAR DOSIS ÓPTIMA 1. Equipo de prueba de jarras Volumen de jarras: 2 I Paletas: imantadas 2. Coagulante: Sulfato de aluminio 3. Agua Cruda Turbiedad: 18 NTU Color: No se determina por falta de equipo pH: 6.9 4. Mezcla rápida Velocidad: 100 rpm Tiempo de mezcla rápida: 1 min 5. Floculación Velocidad: 40 rpm Tiempo de floculación: 20 min 6. Sedimentación Profundidad de la toma de la muestra: 6 cm Tiempo de sedimentación: 15 min

DOSIS OPTIMA Dosis de sulfato Indice de Willcomb Turbiedad residual 10 4 7.0 15 8 2.2 20 8 2.2 25 6 4.7 30 6 15.0 35 4 21.0

1. 2. 3. 4.

TABLA 2 TEBICUARYMI ENSAYO DE JARRAS PARA DEFINIR PARÁMETROS DE FLOCULACIÓN Equipo de prueba de jarras Volumen de jarras: 2 I Paletas: imantadas Coagulante: Sulfato de aluminio Empleo de dosis optima: 15 ppm Agua Cruda Turbiedad: 18 NTU Mezcla rápida Velocidad: 100 rpm Tiempo de mezcla rápida: 1 min

5.

Sedimentación Profundidad de la toma de la muestra: 6 cm

Tiempo de sedimentación: 15 min

Floculación Velocidad de mezcla G (s-1) 80 60 40 15

Tiempo de Floculación 5 10 tf tf/to tf tf/to 4,4 0,244 5,5 0,306 8,1 0,450 3,7 0,206 6,0 0,333 3,0 0,167 8,0 0,444 4,0 0,222

15 tf 6,5 4,3 6,0 4,0

tf/to 0,361 0,239 0,333 0,222

20 tf 15,0 5,2 5,0 3,0

tf/to 0,833 0,289 0,278 0,167

25 tf 16,0 2,2 3,0 3,0

tf/to 0,889 0,122 0,167 0,167

TABLA 3 TEBICUARYMI DETERMINACIÓN DE LOS PARÁMETROS DE SEDIMENTACION 1. Equipo de jar test Volumen de análisis: 2 Iitros Paletas: imantadas 2. Agua Cruda Turbiedad: 18 NTU 3. Dosis de coagulante Coagulante: sulfato de alumínio Dosis: 15 ppm Obs: Se emplea la solución del tanque de la Planta de Tratamiento 4. Mezcla rápida 100 rpm Velocidad de mezcla: 100 rpm Tiempo de mezcla rápida: 1 min 5. Floculación Gradiente: 60 Tiempo: 8 min Gradiente: 30 Tiempo: 8 min Gradiente: 15 Tiempo: 8 min 6. Sedimentación Profundidad de la toma de la muestra: 7.5 cm

Tiempo de Sedimentación 30" 1' 2' 3' 4' 5'

Velocidad de Sedimentación Vs (cm/s) 0,250 0,125 0,063 0,042 0,031 0,025

Inicial to 16 16 16 16 16 16

Turbiedad (U.N.T) Final Tf 1° 2° 3° 4,5 4,3 4,5 3,1 3,1 4,4 1,9 1,9 1,9 1,4 1,4 1,2 1,2 1,2 1,0 1,1 1,2 1,0

Tf/To promedio 4,4 3,5 1,9 1,3 1,1 1,1

0,28 0,22 0,12 0,08 0,07 0,07

30 tf 11,0 3,4 3,6 3,0

tf/to 0,611 0,189 0,200 0,167