OPTIMIZACIÓN SISTEMA DE CONTROL DE OLORES EN LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA EL PARAÍSO

CARLOS ALBERTO SUTACHÁN CUEVAS JORGE HERNAN MORENO OCAMPO

UNIVERSIDAD LA SALLE FACULTAD DE EDUCACION AVANZADA BOGOTA D.C.

2007

OPTIMIZACIÓN SISTEMA DE CONTROL DE OLORES EN LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA EL PARAÍSO

Monografía para optar al titulo de Especialista en Gestión Energética y Ambiental

CARLOS ALBERTO SUTACHAN CUEVAS JORGE HERNAN MORENO OCAMPO

Directora Doctora CLARA I. PARDO M.

UNIVERSIDAD LA SALLE FACULTAD DE EDUCACION AVANZADA BOGOTA D.C. 2007

NOTA DE ACEPTACIÒN

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------------------------------------PRESIDENTE DE JURADO

------------------------------------JURADO

------------------------------------JURADO

Bogotá, D.C., 20 de Abril de 2007 i

Dedicado a mí esposa Milady e hijos Eliana Andrea Y Jorge Andrés, quienes Me brindaron todo el Apoyo y comprensión.

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AGRADECIMIENTOS

Los autores expresan sus agradecimientos a:

Clara Inés Pardo M., Ingeniera Ambiental, coordinadora de la Especialización en Gestión Energética y Ambiental, Universidad La Salle. José Iván Velásquez Duque, Ingeniero Electricista, Jefe de la Central Hidroeléctrica El Paraíso, EMGESA S.A. E.S.P. EMGESA S.A. ESP. Y directivos quienes nos brindaron su apoyo para la realización de la especialización. Docentes, Especialización en Gestión Energética y Ambiental, Universidad La Salle.

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TABLA DE CONTENIDO

1 1.1 1.2 2 2.1 2.2 2.2 2.3.1 2.4 2.5 3 3.1 3.1.1 3.2 3.2.1 3.2.2 3.3 3.3.1 3.4 3.5 4 4.1 4.2.1 4.3 4.4 4.4.1 4.4.2 4.4.3 4.4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 5

Introducción Objetivos Objetivo General Objetivos Específicos Marco Teórico Descripción De La Empresa Central Hidroeléctrica El Paraíso El Problema Del Río Bogotá Contaminación Causas Efectos Marco Jurídico Antecedentes Instrumentos Legales O Regulatorios Emisiones Atmosféricas (decreto 948/95 y 2107/95) Normas Para La Protección Del Aire Emisión De Olores Ofensivos Resolución 601 Del 2006 Niveles Establecidos En La Norma y Medición Establecimiento De Un Programa De Control Emisiones Al Aire Información A La Comunidad Descripción Del Sistema De Control De Olores Partes Del Sistema Monitoreo Para Determinar La Composición De Los Gases Área De Influencia Descripción De Un Biofiltro El Sustrato Orgánico Propiedades Del Sustrato Orgánico Materias Primas Del Sustrato Orgánico Factores Que Condicionan El Proceso De Sustrato Orgánico Metabolismo Del Proceso y Reacciones Químicas Producidas Tipos De Microorganismos Involucrados Contenido De Humedad Efecto De La Temperatura Efecto Del ph Efecto De La Presión Oxigeno Relación C/N Equilibrio El Proceso Del Sustrato Orgánico Medidas De Optimización Implementadas iv

1 3 3 3 4 4 7 7 8 8 9 11 11 11 12 12 12 12 13 13 13 15 15 16 17 19 19 19 20 21 21 23 25 25 26 26 26 26 27 28

5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 5.10 6 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 7 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 8 8.1 8.2 8.3 8.3.1 8.3.1.1 8.3.1.2 8.3.2 8.3.2.1 8.3.2.2 8.3.2.3 8.3.2.4 8.4 Glosario Bibliografía

Controles Más Puntuales El ph Del Sustrato Orgánico Humidificación Sustrato Orgánico Características Fisicoquímicas Del Efluente Líquido Vibraciones De Los Equipos Mantenimiento A Equipos Sistema De Control De Espuma Bomba Sentina Anclaje 19 Membrana Geotérmica Análisis De Resultados Apariencia Del Sustrato Orgánico pH Contenido De Fósforo y Nitrógeno Contenido De Humedad Contenido De Materia Orgánica Contenido De Sulfatos Efluente Líquido Del Biofiltro Eficiencia Del Biofiltro Conclusiones Contenido de Nitrógeno y fósforo Observaciones realizadas Contenido De Humedad Aumento Del pH Con Cal Recirculación De Los Efluentes Prototipo De Aplicación De Ozono Para La Eliminación Del H2S Aspectos Teóricos Básicos Del Sistema Toxicidad y Corrosión Soluciones Formas De Prevenir La Formación De H2S Adición De Nitratos Mantener Las Condiciones Aeróbicas Formas De Eliminar El H2S Producido Inyección De Aire Adición De Oxidante Fuerte Oxidación Con Ozono Inyección De Oxigeno Puro Condiciones Para La Implementación Del Sistema

v

28 29 30 30 30 30 31 31 32 32 33 33 33 34 34 35 37 37 38 39 39 39 39 39 40 41 41 43 44 44 44 44 44 44 45 45 46 46 48 50

Lista De Figuras Figura 1. Figura 2. Figura 3. Figura 4. Figura 5. Figura 6. Figura 7. Figura 8. Figura 9. Figura 10.

Partes Del Sistema De Control De Olores Diagrama De Flujo Del Sistema De Biofiltración Mapa Área De Influencia Del Sistema De Control De Olores Metabolismo Del Proceso Funcionamiento Esquemático Del Biofiltro a Nivel Micro Descripción Hidráulica Del Proceso Mecanismo y Configuración Del Proceso Fotografías del biofiltro Eficiencia Del Sistema De Control De Olores Descripción Proceso De Eliminación De H2S Mediante Ozono

15 17 18 22 23 24 24 29 38 46

Lista De Cuadros Cuadro 1. Características Centrales De Generación Colombia

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INTRODUCCIÓN

Existe un compromiso con la eficiencia energética y con el desafío que implica operar en armonía con el medio ambiente, por ello este reto está implícito en nuestras políticas y estrategias comerciales, industriales y tecnológicas. En Emgesa, el compromiso de cumplir con la política ambiental no solo atañe a sus directivos, sino a todos sus empleados, y por nuestro conducto, buscamos que tanto contratistas como proveedores se solidaricen con ella. Con base en los análisis realizados, se hace necesario optimizar el sistema de control de olores de la Central Hidroeléctrica el Paraíso, partiendo de que todos los sistemas no son eficientes al 100%, se pretende realizar un trabajo de mejoramiento de control de los mismos. Dentro de los logros que se pretenden alcanzar, esta el de realizar una gestión adecuada utilizando las herramientas e instrumentos que permitan mitigar el impacto ambiental asociado a las emisiones de gases y olores. El daño ambiental se ha convertido en un problema muy grave para la humanidad. El rápido deterioro del medio ambiente ha causado desequilibrios ecológicos, como disminución de la capa de ozono, que protege la tierra de los rayos solares nocivos, generación de lluvia ácida, cambios climáticos, Disminución de la cobertura vegetal con alto riesgo de desertificación, extinción de ecosistemas, inundaciones y sequías entre otros. Estos desequilibrios se generan por la contaminación del agua, del aire, de los suelos y por la tala de los bosques lo que ha llevado a transformar paisajes con coberturas vegetales en suelos improductivos. Estos desequilibrios ocasionan riesgos para la salud y la supervivencia de los seres vivos. Otra causa menos frecuente de los desequilibrios ecológicos es las incontrolables fuerzas de la naturaleza, que también ponen en peligro la vida en el planeta, como por ejemplo los terremotos, los tsunamis, los huracanes o las explosiones volcánicas El daño ambiental ha tenido repercusiones negativas en la sociedad como la inequidad, la pobreza, la falta de solidaridad y la perdida de conocimientos ancestrales, entre otros aspectos.

Esto lleva a pensar que el desequilibrio ambiental y el deterioro de las condiciones de vida de la población son un mismo problema y que gran parte de la humanidad no ha tomado conciencia de la gravedad de la situación.

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1. OBJETIVOS

1.1 Objetivo General Optimizar el sistema de control de olores y gases en la Central Hidroeléctrica El Paraíso.

1.2 Objetivos Específicos

1.2.1 Formular una estrategia para optimizar el sistema de control de olores. 1.2.2 Minimizar el impacto ambiental asociado a las emisiones de gases y olores. 1.2.3 Mejorar la calidad de vida de la comunidad aledaña a la central.

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2 MARCO TEÓRICO

En este capítulo se hace una breve reseña de EMGESA S.A. E.S.P. y de la Central Hidroeléctrica El Paraíso para que el lector se haga una idea general de cómo esta constituida la empresa y ubique dentro de la misma la Central donde sé esta trabajando el proyecto. Al igual se hace una descripción del origen del problema en las aguas del Río Bogotá y como sé esta afectando el medio ambiente y las comunidades ribereñas.

2.1 Descripción De La Empresa Emgesa S.A. E.S.P. Es la primera empresa generadora de energía eléctrica del país conformada por Central Hidroeléctrica El Guavio 1150 MW., Plantas menores 95,6 MW., Cadena hidroeléctrica PAGUA 600 MW., Central Térmica Martín del Corral 223 MW., Central Cartagena 137 MW. Para un total de 2205.6 MW. Que corresponde al 19% de la capacidad instalada en el país (Ver cuadro 1). Cuadro 1. Características centrales de Generación Colombia.

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS Nombre

Guavio

Paraíso

Guaca

Charquito

Ubicación Capacidad Generación Tipo Año Neta Media de Puesta (MW.) Anual Turbina en (GW /h) Servicio 180 Km. Al Nor Oriente De Bogotá 45 Km. Al Sur Oeste De Bogotá 60 Km. Al Sur Oeste De Bogotá 28 Km. Al Sur Oeste De Bogotá

5.050

Paltón Vertical

1992

276

1.020

Paltón Vertical

1986

324

1.193

Paltón Vertical

1986

19,4

33

Francis Vertical

1972

1.150

36 Km. Al Tequendama Sur Oeste De Bogotá 56 Km. Al La Junca y Sur Oeste La Tinta De Bogotá 41 Km. Al Limonar Sur Oeste De Bogotá

19,4

91

19,4

140

18

104

Paltón Vertical Paltón Horizont al Francis Vertical

1995

1970

1957

CENTRALES TERMOELÉCTRICAS Central

Termozipa

Cartagena

Ubicación Potencia

40 Km. Al Norte de Bogotá 4 Km al Sur Oeste de Cartagena

Generación Media Anual (GW /h)

Combustible

223 MW.

2091

Carbón

137 MW.

10.27

Gas Natural

Fuente: Información suministrada por EMGESA S.A. E.S.P.

La cadena de generación hidroeléctrica Pagua está conformada por las siguientes instalaciones: estación de bombeo Muña, embalse Muña, Central El Paraíso y Central La Guaca. Que emplean un caudal de 35 m3 /seg. Y una caída de 1924 m. La cadena PAGUA está incorporada al sistema eléctrico nacional con dos centrales: El Paraíso con 276 MW. Y un salto aprovechable de 892 m y La Guaca con 324 MW. Y un salto aprovechable de 1032 m. Esta cadena utiliza para su generación las aguas del río Bogotá represadas en el embalse del Muña, con una capacidad de 13,97 Hm3, constituido por las compuertas de Alicachin que represan al río Bogotá y tres estaciones de bombeo con sus tuberías de descarga en el embalse.

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La cadena Pagua cuenta con una reserva de 13,97 Hm3 almacenados en el embalse del Muña lo cual teniendo un consumo de 3 Hm3 diario se tiene una autonomía de 4 días de generación a plena carga. La generación de las centrales se garantiza por el caudal mínimo del Río Bogotá correspondiente al acueducto de Bogotá, por el embalse del Tominé con una capacidad de 690 Hm3 y la operación continua de la estación de bombeo del Muña. Emgesa S.A. E.S.P. enmarca su política ambiental dentro de los fundamentos y principios establecidos en la estrategia ambiental de ENDESA, la cual Interpreta la creciente importancia que los gobiernos y la sociedad otorgan a la gestión ambiental empresarial. Estamos comprometidos con la eficiencia energética y con el desafío que implica operar en armonía con el medio ambiente, por ello este reto está implícito en nuestras políticas y estrategias comerciales, industriales y tecnológicas. En Emgesa, el compromiso de cumplir con la política ambiental no solo atañe a sus directivos, sino a todos sus empleados, y por nuestro conducto, buscamos que tanto contratistas como proveedores se solidaricen con ella. Como estrategia ambiental, se estableció el fomentar e impulsar políticas y actuaciones coherentes y coordinadas tendientes a mejorar continuamente el nivel de desarrollo de la gestión ambiental de las compañías del grupo Endesa, procurando su convergencia. En desarrollo de lo anterior, se elaboró un plan de Medio Ambiente Corporativo en el cual uno de los programas de actuación es el sistema de gestión ambiental en la cadena Pagua. Es política de las empresas que conforman Generación Colombia (Emgesa y Betania), desarrollar todas sus actividades con especial énfasis en la protección de su recurso humano y también de su recurso material. Es por ello que Emgesa ha asumido el compromiso de llevar a cabo las acciones destinadas a identificar, controlar y/o eliminar los riesgos que podrían ocasionar lesiones y enfermedades profesionales a sus trabajadores, al personal de las empresas contratistas, comunidades aledañas a años centros de producción y partes interesadas, daño a los bienes e instalaciones de la compañía e interrupciones en los procesos productivos, a través de un sistema de Gestión de Seguridad y Salud Ocupacional orientado hacia el mejoramiento continuo. Como complemento a la política de seguridad industrial y salud ocupacional se cuenta con un programa de Control de Pérdidas Accidentales definido por las políticas corporativas del grupo. 6

Este programa esta conformado por los siguientes 11 elementos: • • • • • • • • • • •

Liderazgo. Entrenamiento y capacitación. Inspecciones planeadas del trabajo. Observaciones planeadas de tareas. Procedimientos de trabajo. Investigación de accidentes e incidentes. Elementos de protección personal. Emergencias. Comunicaciones y reuniones. Salud ocupacional. Identificación de peligros y evaluación de riesgos.

2.2 Central Hidroeléctrica El Paraíso La central Paraíso, aprovecha el agua bombeada al embalse del muña para la generación de la energía, la conducción se inicia con una primera parte en túnel de 1,3 Km. desde la torre de captación hasta la válvula mariposa del “Sifón El Rodeo” en donde se inicia un tramo de tubería de 422 m de longitud hasta la entrada a un túnel de 11.1 Km. de longitud, que llega a la válvula mariposa de “Peñas blancas”; Aquí se inicia la tubería de carga abierta de 3,7 Km. de longitud, hasta la Central Hidroeléctrica El Paraíso. La diferencia de niveles entre el embalse y el Rodete de turbina de la Central El Paraíso, es de 892 m de cabeza efectiva, con un caudal de 35 m3 /seg., Que se distribuye en las tres turbinas de generación de la central. La casa de máquinas de la Central El Paraíso, es de tipo superficial donde se encuentran tres (3) unidades de generación con generador sincrónico de 92 MW. Cada uno, girando a una velocidad nominal de 514 rpm. Los generadores entregan la energía a un nivel de tensión de 13,8 KV. Y es elevada por transformación a 230 KV. , Conducida a una subestación encapsulada “GIS” para su interconexión nacional con cuatro líneas de transmisión de 230 KV.

2.3 El Problema Del Río Bogotá A continuación se hace una reseña histórica sobre el proceso de contaminación que se ha ido ejerciendo a las aguas del Río Bogotá desde Villapinzón hasta Soacha mediante las descargas industriales y residenciales sin ningún tipo de control debido a que nuestra legislación ambiental es muy reciente y a la negligencia de nuestras autoridades a hacerla cumplir estrictamente. 7

2.3.1 La Contaminación Desde su nacimiento hasta su desembocadura, los aportes de aguas residuales hacen que el río Bogotá presente niveles crecientes de contaminación biológica, química y física, en la medida en que recibe las descargas de sus distintos tributarios, lo que lo convierte en la mayor alcantarilla abierta de Colombia. La contaminación biológica es muy alta entre la desembocadura del río Juan Amarillo y Alicachín (embalse del Muña). Los valores máximos los alcanza aguas abajo del Tunjuelo, una vez que el río ha recibido la totalidad de aguas residuales de Bogotá. En este tramo la DBO alcanza valores medios cercanos a 143 mg/l, con cargas orgánicas del orden de las 403 ton O2/día. La contaminación biológica disminuye aguas abajo de Alicachín, ella continúa siendo alta hasta el río Magdalena, al cual le vierte una carga orgánica equivalente a 134 ton O2/día. Aguas arriba de la desembocadura del río Juan Amarillo, el Bogotá presenta condiciones biológicas muy distintas, con cargas orgánicas, por lo general, inferiores a 10 ton O2/día. De otro lado, el río presenta contaminación alta por los siguientes metales tóxicos: Cromo, especialmente en el sector de las curtiembres de Villapinzón y aguas abajo de la desembocadura del río Tunjuelo, donde, también, hay una importante industria de curtiembres. Plomo, particularmente en los tramos aguas abajo de las curtiembres de Villapinzón y de la desembocadura del Tunjuelo. Además, el río presenta contaminación alta por aceites y grasas y Por detergentes, de manera principal a partir del río Juan Amarillo, y hasta el Magdalena. Se estima que el río Bogotá vierte al Magdalena, diariamente, las siguientes cantidades de contaminantes químicos y físicos: 318 Kg de cromo, 278 Kg de Plomo, 140 ton de hierro, 1.11 ton de detergentes y 835 ton de sólidos en suspensión, entre otros.

2.4 Causas Las principales fuentes de la contaminación hídrica generada por la ciudad son las aguas residuales domésticas (ARD), las aguas residuales industriales (ARI). Según un estudio del DNP-PNUD, la carga doméstica representa el 76% y la industrial el 24% de la carga orgánica total generada por Bogotá y Soacha, en términos de DBO. 8

Aunque la participación de la industria parece estar subdimensionada, el mismo estudio señala que las cervecerías son las mayores contaminantes orgánicas (en DQO), con el 68,6% del total, seguida por el sacrificio de ganado (3,5%), los detergentes (1,5%), las bebidas (1,5%) y otros sectores (29,8%). En cuanto a los sólidos suspendidos, las mayores cargas son producidas por las cervecerías (33,3%), el sacrificio de ganado (2,1%) y el resto de sectores (18,6%). La mayor carga contaminante al río Bogotá la genera la capital. Según el mismo estudio citado, el corredor Bogotá-Soacha produce el 92,6% de la carga orgánica total (en DBO), frente al 7,4% del resto de municipios de la cuenca aguas arriba de Alicachín.

2.5 Efectos Las condiciones extremas de contaminación biológica, química y física de los ríos Salitre, Fucha, Tunjuelo y Bogotá han impactado severamente otros elementos del medio natural y socioeconómico de la región y de la ciudad: ™ Las investigaciones han encontrado concentraciones de hasta 9 mg/kg de cadmio, 187 mg/kg de cromo, 20 mg/kg de cobre, 133 mg/kg de plomo, 25 mg/kg de mercurio, 49 mg/kg de níquel y 194 mg/kg de zinc en los lodos del río Bogotá, especialmente frente a la ciudad. ™ La ictiofauna ha desaparecido de la mayor parte del río Bogotá, en particular desde la desembocadura del Juan Amarillo hasta el Magdalena. En el pasado, el curso alto del río Bogotá y sus afluentes era rico en peces autóctonos. Todas las especies desaparecieron del curso del río Bogotá, especialmente abajo de la desembocadura del río Negro, así como también de los cursos inferiores de los ríos afluentes. También, desaparecieron del embalse del Muña, el cual presenta condiciones polisapróbicas, con procesos de eutroficación avanzada. Algunas especies se mantiene hoy en los sectores altos y torrentosos del río Bogotá y sus tributarios, libres de contaminación, y en los embalses del Sisga, del Tominé, del Neusa y algunas lagunas naturales (Siecha, Guatavita, Chisacá y otras). ™ Con respecto a la vegetación, el río presenta una baja densidad de macrofitas acuáticas, a causa de la velocidad del agua y de las obras de corrección que ha sufrido. En los sectores de meandros se observan macrofitas enraizadas y algunas flotantes que sirven como sustrato y/o alimento de macro invertebrados acuáticos que ayudan a mineralizar la Materia orgánica y a controlar las concentraciones de sustancias tales como metales pesados y fenoles. 9

™ Las comunidades humanas cercanas a las corrientes contaminadas acusan enfermedades de origen hídrico en proporciones muy superiores a las que presentan comunidades alejadas de los ríos. En efecto, algunas investigaciones han demostrado que la frecuencia media de las afecciones de origen hídrico es mayor en los sectores cercanos (1.49%) que en los alejados (0.40%). Las enfermedades más frecuentes son las bacterianas y las digestivas (amibiasis, intoxicación alimentaria, diarrea, otras bacterianas, gastritis y duodenitis), las cuales ocurren con frecuencias de hasta 6.5 y 8 % en barrios cercanos al río (Fontibón y Tunjuelito), frente a 2.5 y 1.5 % en barrios alejados (Chapinero y Prado Veraniego). En ciertas enfermedades parasitarias, como la helmintiasis, estas frecuencias van desde 5.5% cerca al río (Fontibón) hasta 0.93% lejos del río (Chapinero). Lo mismo sucede con las virales (hepatitis y otras), para las cuales las frecuencias encontradas van desde 2.7% en Tunjuelito (cerca) hasta 0.5 en Prado Veraniego (lejos). Sobre este particular conviene anotar que la población directamente expuesta a las aguas contaminadas del río Bogotá y de sus tributarios urbanos suma más de 500.000 personas, en general de bajos ingresos, lo que deja ver la magnitud del problema. ™ Así mismo, las infraestructuras de suministro de agua potable acusan altos costos adicionales de construcción y mantenimiento, debido a la Alta contaminación. En efecto, algunos municipios localizados muy cerca del río Bogotá han tenido que conducir el agua de consumo desde Puntos localizados hasta más de 20 Km de distancia, lo que se refleja en un mayor costo de suministro (con respecto a sí se pudiera utilizar las aguas del río). Otros municipios tienen que tratar con sus propios medios el agua altamente contaminada para atender sus necesidades, con un costo elevado (caso de Agua de Dios). A lo anterior habría que agregar el costo de los racionamientos que sufren otros municipios de la cuenca baja, por la escasez del recurso hídrico.

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3 MARCO JURÍDICO

En este capitulo se tratará el tema de las normas emitidas por la Legislación ambiental Colombiana en lo referente a la generación y control de olores. Para el caso de a Central Hidroeléctrica El Paraíso como la ha afectado y como ha sido el cumplimiento.

3.1

Antecedentes

El marco jurídico desarrollado antes de la ley 99 de 1993, se centra en la normatividad. Es así como su enfoque se hace a nivel de la definición de normas de emisión y vertimientos (instrumentos de regulación directa), Una de las normas aplicables al tema de emisiones y que es anterior a la ley 99 de 1993 es el decreto general de la calidad del aire y control atmosférico de 1982. La intervención estatal en la protección del medio ambiente forma parte de los principios de la economía institucional, ya que a través del diseño de la política ambiental, las entidades reguladoras, disponen de unos instrumentos legales (reglas colectivas) para obligar a las empresas a internalizar los costos de la contaminación y con ello establecer un precio por la utilización del medio ambiente y el logro de una óptima asignación de recursos.

3.1.1 Instrumentos Legales O Regulatorios De los instrumentos de regulación que tienen que ver con los aspectos del sistema de control de olores tenemos: ™ Las Normas De Regulación Directa o Comando y Control: En lo que respecta al proceso y emisiones. ™ Los Instrumentos Administrativos: Respecta a permisos por parte de la autoridad ambiental para vertimientos. ™ Los Instrumentos Jurídicos: Respecto a acciones de cumplimiento. Las siguientes son algunas de las normas de la Ley 99 de 1993 que tiene que ver con la componente aire en cuanto a la calidad del mismo y a la generación de olores.

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3.2 Emisiones Atmosféricas (Decretos 948/95 y 2107/95)

3.2.1 Normas Para La Protección Del Aire. Entre las normas la que aplica al sistema de control de olores es: ™ Norma de evaluación y emisión de olores ofensivos. La norma de evaluación de olores ofensivos, establece los umbrales de tolerancia por determinación estadística.

3.2.2 Emisión De Olores Ofensivos El Ministerio del Medio Ambiente fijará las normas para establecer estadísticamente los umbrales de tolerancia de olores ofensivos que afecten a la comunidad y los procedimientos para determinar su nivel permisible, así como las relativas al registro y recepción de las quejas y a la realización de las pruebas estadísticas objetivas de percepción y evaluación de dichos olores. La norma establecerá, así mismo, los límites de emisión de sustancias asociadas a olores molestos, las actividades que estarán especialmente controladas como principales focos de olores ofensivos, los correctivos o medidas de mitigación que procedan, los procedimientos para la determinación de los umbrales de tolerancia y las normas que deben observarse para proteger de olores desagradables a la población expuesta. Las Corporaciones Autónomas Regionales y los Grandes Centros Urbanos y en especial los municipios y distritos, determinarán las reglas y condiciones de aplicación de las prohibiciones y restricciones al funcionamiento, en zonas habitadas, de instalaciones y establecimientos industriales generadores de olores ofensivos, así como las que sean del caso respecto al desarrollo de otras actividades causantes de olores nauseabundos.

3.3 Resolución 601 De 2006 Establece niveles máximos permisibles para contaminantes no convencionales: Benceno; Plomo y sus compuestos; Cadmio; Mercurio; Hidrocarburos Totales expresados como metano; tolueno; Vanadio (por actividades según el código CIIU.

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3.3.1 Niveles Establecidos En La Norma y Medición Establece umbrales para las principales sustancias generadoras de olores ofensivos: Acetaldehído; Ácido Butírico; Amoniaco; Clorofenol; Dicloruro de azufre; Etil mercaptano; Etil acrilato; Estireno; Monometil amina; Metil mercaptano; Nitrobenceno; Propil mercaptano; Butil mercaptano; Sulfuro de dimetilo; Sulfuro de hidrógeno.

3.4 Establecimiento De Un Programa De Control De Emisiones Al Aire El primer elemento de cualquier programa de control es determinar la magnitud del problema existente. La información reunida deberá incluir la cantidad emitida, la composición y su recurrencia. Para el caso de los olores en el área de influencia indirecta de la central El paraíso se tiene un programa de monitoreo y medición de las concentraciones de sulfuro de hidrogeno en unos sitios establecidos, al igual que en el área de influencia directa.

3.5 Información A La Comunidad Los programas de control de emisiones dan mayor prioridad a lo que tiene que ver con la comunidad. Dejar de hacerlo resultaría la posibilidad que Emgesa tenga que modificar significativamente sus operaciones. Los siguientes elementos aplican a los programas ambientales de salud y de seguridad implementados por EMGESA S.A. E.S.P.: •

Atender las preocupaciones de la comunidad de manera rápida, sensible y honesta.

•

Asegurar que el sistema de control de emisiones no presente un riesgo inaceptable a la comunidad o al ambiente, ya sea por un mal diseño o por prácticas operacionales inadecuadas.

•

Proporcionar información adecuada relacionada con los peligros de cualquiera de las emisiones al ambiente cuando sea solicitado por la

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Autoridad ambiental. •

Asegurar que las autoridades de la comunidad sean conscientes de los Planes de contingencia de emergencia, resultantes de la liberación de las emisiones al ambiente.

•

Alertar a la comunidad y a las autoridades ambientales lo antes posible en caso de ocurrir una emergencia.

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4 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE OLORES

El sistema de control de olores de la central hidroeléctrica el Paraíso esta conformado por varios subsistemas los cuales realizan una interacción para poder llevar a cabo el control de los olores generados a partir de las aguas depositadas en el tanque de aquietamiento una vez han sido turbinadas por las unidades de la central. 4.1 Partes Del Sistema El sistema de control de olores de la Central El Paraíso consta de los siguientes componentes básicos y complementarios (ver figura 1): ™ ™ ™ ™ ™ ™

Subsistema de tratamiento y depuración de gases: Biofiltros. Subsistema de extracción de gases: Extractores Centrífugos. Subsistema de confinamiento de gases: Cubierta geotérmica. Subsistema de conducción de gases: Tuberías de gas. Subsistema de control de espuma: Red de bombeo y rociado de agua. Subsistema de irrigación de Biofiltros: Red de bombeo y suministro de agua.

FIGURA 1: PARTES DEL SISTEMA DE CONTROL DE OLORES

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FUENTE: ESCO Ltda.

4.2 Monitoreo Para Determinar La Composición De Los Gases En El Tanque De Aquietamiento De La Central El Paraíso. Se desarrolló un monitoreo atmosférico del gas emitido desde el Tanque de Aquietamiento, las rejillas de los túneles de descarga, fosos de turbina y zonas aledañas encontrando que además de H2S, se emitían otros gases como Amoniaco (NH3) y Metano (CH4). Se reportaron valores superiores a 900 ppm (para NH3) y 700 ppm (para H2S) en las rejillas de los túneles de descarga y un máximo de 1.8% de Metano. El monitoreo identificó además de los gases mencionados, 24 compuestos orgánicos volátiles (COV’s) diferentes, detectándose de manera más frecuente Pentano, Dimetilsulfuro (DMS), Hexano, metil-Ciclopentano. Tolueno, o-Xileno y pXileno. Se reportaron los siguientes rangos de concentraciones en la composición del gas: • • • • • • •

Sulfuro de Hidrógeno (H2S) >727 ppm (se han registrado concentraciones pico de 1000ppm) Amoniaco (NH3) > 999 ppm Metano (CH4) 4.1 % LEL 24% Dióxido de Carbono (CO2) 1.7% Oxígeno (O2) 18.6% Vapores Orgánicos Totales >200 ppm

En la figura 2 vemos todo el proceso desde que se turbina el agua la cual es conducida por el canal de descarga hasta el tanque de aquietamiento, como este tanque esta cubierto se produce la acumulación de gases los cuales son extraídos y llevados al biofiltro por medio de tuberías para hacerlos circular a través del sustrato orgánico para finalmente liberar al ambiente una mínima parte de esos gases. Al igual se observa el sistema de control de espuma el cual toma agua del mismo tanque para hacerla circular por el sistema de tuberías para el riego de la espuma y así controlar su nivel. El Biofiltro se ubica en la Central el Paraíso Vereda el Paraíso del Municipio de Mesitas De El Colegio, se encuentra a una altura de 1.680 msnm y comprende un área de 415 m2 de área.

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FIGURA 2: DIAGRAMA DE FLUJO DEL SISTEMA DE BIOFILTRACIÓN

2.7 UBICACIÓN DEL PROYECTO

FUENTE: ESCO Ltda.

4.3 Área De Influencia El área de influencia directa del Biofiltro, es aquella zona donde las la implementación del proyecto ocasiona potenciales impactos ambientales directos. De esta manera, se consideró que el área de influencia directa comprende La central El Paraíso. Evidentemente, existe un área de influencia indirecta asociada al proyecto, que Abarca las veredas de Antioqueña, Antioqueñita y la vereda del Paraíso. Proyecto esta localizado en una zona ya intervenida por la explotación de energía Hidráulica desde hace más de 20 años. Al interior del área de influencia directa se encuentran los trabajadores de la empresa, mientras que en el área de influencia indirecta se ubican Las comunidades de las veredas (ver figura 3).

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Figura 3. Mapa área de influencia del sistema de control de olores.

Fuente: Información suministrada por EMGESA S.A. E.S.P.

También hubo necesidad de considerar los siguientes factores para el diseño del proyecto: El clima en la zona se clasifica como templado húmedo, la temperatura de este clima es relativamente uniforme durante el año. La temperatura anual promedio en la región es de 22ºC, llegando a un máximo promedio de 27ºC y a un mínimo promedio de 12ºC. La precipitación pluvial promedio en la zona de estudio varía. La temporada de lluvia es de marzo a noviembre y la seca es de Noviembre a febrero. Humedad relativa de la zona es de 90%. El funcionamiento del Sistema de Control de Olores está basado en la tecnología de Biofiltración. El medio o sustrato es el elemento más importante en un sistema de biofiltración, tal como el que se encuentra en la Central Hidroeléctrica el Paraíso. Su evaluación es uno de los objetivos más importantes del Trabajo que se desarrolla actualmente, por esta razón se ha puesto especial atención a su comportamiento y estado; sin embargo, antes de entrar a presentar y discutir los resultados obtenidos hasta ahora, es conveniente y oportuno, hacer un breve resumen de los

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Más importantes fundamentos y principios teóricos involucrados en el funcionamiento de un Sistema de Biofiltración, ya que éste ayudará a entender algunos conceptos necesarios para la total comprensión de los aspectos discutidos posteriormente.

4.4 Descripción De Un Biofiltro Es un elemento, instalación, equipo o estructura especializada, que usa el proceso de biofiltración para remover compuestos olorosos y otros agentes contaminantes, como Compuestos Orgánicos Volátiles (COV’s) del aire. El nombre “Biofiltro” puede causar confusión, si solo se tiene en mente la imagen de un filtro normal, el cual simplemente sirve para separar contaminantes de un fluido o mejor de un gas. En un Biofiltro, por el contrario, los contaminantes son “consumidos” por microorganismos, y son degradados a biomasa (convertidos en biomasa), agua y Dióxido de Carbono, esto permite al Biofiltro, auto regenerarse continuamente. Él termino Bio-catalizador o Bio-reactor, debería ser por consiguiente, más adecuado; Sin embargo, el nombre Biofiltro es comúnmente aceptado y ampliamente usado.

4.4.1 El Sustrato Orgánico El sustrato orgánico es el proceso biológico aeróbico, mediante el cual los microorganismos actúan sobre la materia rápidamente biodegradable (restos de cosecha, excrementos de animales y residuos urbanos), permitiendo obtener "sustrato orgánico", abono excelente para la agricultura. El sustrato orgánico o mantillo se puede definir como el resultado de un proceso de humidificación de la materia orgánica, bajo condiciones controladas.

4.4.2 Propiedades Del Sustrato Orgánico. Dentro de las principales propiedades de los sustratos orgánicos se tienen las siguientes: ™ Mejora las propiedades físicas del suelo. La materia orgánica favorece la estabilidad de la estructura de los agregados del suelo agrícola, reduce la densidad aparente, aumenta la porosidad y Permeabilidad, y aumenta su

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capacidad de retención de agua en el suelo. Se obtienen suelos más esponjosos y con mayor retención de agua. ™ Mejora las propiedades químicas. Aumenta el contenido en macro nutrientes N, P, K, y micro nutriente, la capacidad de intercambio catiónico (C.I.C.) y es fuente y almacén de nutrientes para los cultivos. ™ Mejora la actividad biológica del suelo. Actúa como soporte y alimento de los microorganismos ya que viven a expensas del humus y contribuyen a su mineralización. ™ La población microbiana es un indicador de la fertilidad del suelo.

4.4.3 Las Materias Primas Del Sustrato Orgánico. Para la elaboración del sustrato orgánico se puede emplear cualquier materia orgánica, con la condición de que no se encuentre contaminada. Generalmente estas materias primas proceden de: ™ Restos de cosechas. Pueden emplearse para hacer sustrato orgánico o como acolchado. Los restos vegetales jóvenes como hojas, frutos, tubérculos, etc. son ricos en nitrógeno y pobres en carbono. Los restos vegetales más adultos como troncos, ramas, tallos, etc. son menos ricos en nitrógeno. ™ Abonos verdes, siegas de césped, malas hierbas, etc. ™ Las ramas de poda de los frutales. Es preciso triturarlas antes de su incorporación al sustrato orgánico, ya que con trozos grandes el tiempo de descomposición se alarga. ™ Hojas. Pueden tardar de 6 meses a dos años en descomponerse, por lo que se recomienda mezclarlas en pequeñas cantidades con otros materiales. ™ Restos urbanos. Se refiere a todos aquellos restos orgánicos procedentes de las cocinas como puede ser restos de fruta y hortalizas, restos de animales de mataderos, etc. ™ Estiércol animal. Se destaca el estiércol de vaca, aunque otros de gran interés son la gallinaza, conejina o sirle, estiércol de caballo, de oveja y los purines. ™ Complementos minerales. Son necesarios para corregir las carencias de ciertas tierras. Destacan las enmiendas calizas y magnésicas, los fosfatos 20

naturales, las rocas ricas en potasio y oligoelementos y las rocas silíceas trituradas en polvo. ™ Plantas marinas. Anualmente se recogen en las playas grandes cantidades de fanerógamas marinas como Posidonia oceánica, que pueden emplearse como materia prima para la fabricación de sustrato orgánico ya que son compuestos ricos en N, P, C, oligoelementos y biocompuestos cuyo aprovechamiento en agricultura como fertilizante verde puede ser de gran interés. ™ Algas. También pueden emplearse numerosas especies de algas marinas, ricas en agentes antibacterianos y antifúngicos y fertilizantes para la fabricación de sustrato orgánico. 4.4.4 Factores Que Condicionan El Proceso De Sustrato Orgánico Como se ha comentado, el proceso de sustrato orgánico se basa en la actividad de microorganismos que viven en el entorno, ya que son los responsables de la descomposición de la materia orgánica. Para que estos microorganismos puedan vivir y desarrollar la actividad descomponedora se necesitan unas condiciones óptimas de temperatura, humedad y oxigenación.

4.5 Metabolismo Del Proceso y Reacciones Químicas Producidas En el lecho del Biofiltro, se produce la reacción general:

Biomasa + Sustrato ⇒ ΔBiomasa + H 2O + CO2 Como se aprecia, los microorganismos (Biomasa) consumen el Sustrato (Azufre del Sulfuro de Hidrógeno, Nitrógeno de Amoniaco, Carbono de los Hidrocarburos, etc.) y producen más biomasa (se reproducen los microorganismos), Agua y Dióxido de Carbono, permitiendo que el gas que salga del Biofiltro, lo haga prácticamente libre de éstos contaminantes. En el caso del Sistema de Control de Olores (SICON), el Sustrato es el Azufre del Sulfuro de Hidrógeno, el cual los microorganismos utilizan como fuente de energía para reproducirse y sobrevivir, tal como las plantas toman la energía de los rayos del sol para la fotosíntesis. El producto final de la oxidación del azufre en la mayor parte de los casos es sulfato (SO42-), y la mayor parte de los microorganismos pueden usar los sulfatos como única fuente de azufre, convirtiéndolo en compuestos orgánicos de sulfhídrico, esto es, en el lecho del Biofiltro, finalmente lo que ocurre es la

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Oxidación del Azufre a Sulfato, el que luego pasa a enriquecer el suelo. Esto se da mediante la siguiente reacción: =

H 2 S + 0 2 ⎯Microorgan ⎯ ⎯ ⎯ismos ⎯ ⎯→ SO4 + H 2O Cuando en el gas que entra al Biofiltro, además hay presencia de Amoniaco (NH3), se produce la reacción adicional siguiente:

NH 3 + O2 ⎯Microorgan ⎯ ⎯ ⎯ismos ⎯ ⎯→ NO3 + H 2O Es probable que la corriente de gas también contenga Hidrocarburos (R-CH3), en cuyo caso, también serán eliminados en el Biofiltro, de acuerdo con la siguiente reacción:

R − CH 3 + 0 2 ⎯Microorgan ⎯ ⎯ ⎯ismos ⎯ ⎯→ CO2 + H 2O El proceso que ocurre a nivel micro, se ilustra en mejor forma, en la figura 4 y 5.

Figura 4. Metabolismo del proceso

METABOLISMO DEL PROCESO PELICULA DE AGUA AIRE

BIOPELICULA BACTERIANA

O2 H2S NH3 PARTICULA DE SUSTRATO

SO4= NO3-

ESCOdeLatinoaméricaLtda.

H2S + O2

SO4= + H2O

NH3 + O2

NO3- + H2O

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FUENTE: CONSULTORIA AMBIENTAL Figura 5. Funcionamiento esquemático del Biofiltro a nivel micro

Soporte

Biopelícula

Liquido

Flujo másico

Flujo másico Tasa de consumo

Gas

Flujo másico

FUENTE: CONSULTORIA AMBIENTAL

4.6 Tipos De Microorganismos Involucrados El sustrato orgánico es un proceso aeróbico de descomposición de la materia orgánica, llevado a cabo por una amplia gama de poblaciones de bacterias, hongos y actinomicetes. Los microorganismos más comunes usados en tratamiento biológico de gases son: Bacterias

Hongos

Thiobacillus thiooxidans Actinomyces Penicillium sp. Micrococcus Cephalosporium sp. Micromonospora vulgaris Circinella sp. Bacillus cereus Cephalotecium sp. Streptomyces sp. Ovularia sp. Pseudomonas putida Stemphilium sp Pseudomonas Fluorescenes A nivel macro, una aproximación hidráulica y mecánica de lo que sucede, se presenta en las figuras 6 y 7

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Figura 6. Descripción hidráulica del proceso en el lecho del Biofiltro A IR E D E S C O N T A M IN A D O

S U S T R A T O O R G A N IC O

BASE POROSA A IR E C O N T A M IN A D O

T U B E R IA D E D IS T R IB U C IO N

FUENTE: CONSULTORIA AMBIENTAL

Figura 7. Mecanismo y configuración del proceso CUBIERTA

AIRE FRESCO

AIRE CONTAMINADO AIRE CONTAMINADO

AIRE DESCONTAMINADO

BIOFILTRO

FUENTE: CONSULTORIA AMBIENTAL

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Finalmente, vale la pena mencionar la influencia de algunos aspectos sobre el funcionamiento del Biofiltro, los cuales deben ser tenidos en cuenta, unos en mayor o menor grado que otros, dependiendo de la ubicación del Biofiltro:

4.7 Contenido De Humedad La insuficiencia de humedad reduce el espesor de la biopelícula y menoscaba la actividad Microbiológica y el desempeño del Biofiltro. La insuficiencia de humedad puede crear canalización (Cortos circuitos). Humedecer los medios en exceso, puede crear una saturación, provocando zonas anaerobias por no recibir una corriente de aire suficiente o crear resistencia hidráulica al flujo de aire incrementando la caída de presión. En el proceso de sustrato orgánico es importante que la humedad alcance unos niveles óptimos del 40-60 %. Si el contenido en humedad es mayor, el agua ocupará todos los poros y por lo tanto el proceso se volvería anaeróbico, es decir se produciría una putrefacción de la materia orgánica. Si la humedad es excesivamente baja se disminuye la actividad de los microorganismos y el proceso es más lento. El contenido de humedad dependerá de las materias primas empleadas. Para materiales fibrosos o residuos forestales gruesos la humedad máxima permisible es del 75-85 % mientras que para material vegetal fresco, ésta oscila entre 50-60%.

4.8 Efecto De La Temperatura Los Biofiltros utilizan preferentemente microorganismos mesófilos. Es importante notar que una desactivación biológica temporal del lecho no necesariamente significa la pérdida de la capacidad del tratamiento, pues el fenómeno de adsorción aún tiene lugar. Aparentemente, una disminución en la temperatura resulta en una disminución en la constante de Henry, mejorándose así la transferencia de masa del gas en el líquido, suficiente como para compensar la reducida difusión en la biopelícula y la actividad biológica. Se consideran óptimas las temperaturas del intervalo 35-55 ºC para conseguir la eliminación de patógenos, parásitos y semillas de malas hierbas. A temperaturas muy altas, muchos microorganismos interesantes para el proceso mueren y otros no actúan al estar esporados.

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4.9 Efecto Del pH Los Biofiltros deben presentar una buena capacidad buffer ya que numerosos procesos generan productos ácidos, básicos o inhibitorios, tal como los reportados en el tratamiento de compuestos clorados, sulfuro de hidrógeno, Sulfito de metilo, amonio, etc.; sin embargo, una reducción en el pH por debajo de 6, o aumento por encima de 9 puede ocasionar la inhibición de los microorganismos. Influye en el proceso debido a su acción sobre microorganismos. En general los hongos toleran un margen de pH entre 5-8, mientras que las bacterias tienen menor capacidad de tolerancia (pH= 6-7,5)

4.10 Efectos De La Presión La caída de presión depende, entre otras cosas, de la naturaleza del lecho y el contenido de humedad. Independiente del contenido de humedad, se ha demostrado que el aumento de humedad incrementa la caída de presión. Finalmente, es necesario anotar que, en el campo de la tecnología de la biofiltración, tal como sucede en muchos otros aspectos de la ciencia e ingeniería, no se han establecido aún todos los aspectos que gobierna el proceso: cómo varían, cómo funcionan y cómo sé interrelacionan. Todavía hace falta una alta dosis de investigación, para lograr llegar a perfeccionar el proceso, por ahora se conocen sus características fundamentales, las cuales Han permitido realizar diseños que brindan la oportunidad de aprovechar sus inmensas e innegables ventajas, por lo cual resta entonces, adaptar sobre la Marcha cada sistema a las condiciones únicas y específicas de cada lugar y aplicación, pues no existe en el mundo un estándar al respecto.

4.11 Oxígeno. El sustrato orgánico es un proceso aeróbico, por lo que la presencia de oxígeno es esencial. La concentración de oxígeno dependerá del tipo de material, textura, humedad, frecuencia de volteo y de la presencia o ausencia de aireación forzada.

4.12 Relación C/N Equilibrada. El carbono y el nitrógeno son los dos constituyentes básicos de la materia orgánica. Por ello para obtener un sustrato orgánico de buena calidad es

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importante que exista una relación equilibrada entre ambos elementos. Teóricamente una relación C/N de 25-35 es la adecuada, pero esta variará en función de las materias primas que conforman el sustrato orgánico. Si la relación C/N es muy elevada, disminuye la actividad biológica. Una relación C/N muy baja no afecta al proceso de sustrato orgánicoaje, perdiendo el exceso de nitrógeno en forma de amoniaco. Es importante realizar una mezcla adecuada de los distintos residuos con diferentes relaciones C/N para obtener un sustrato orgánico equilibrado. Los materiales orgánicos ricos en carbono y pobre en nitrógeno son la paja, el heno seco, las hojas, las ramas, la turba y el serrín. Los pobres en carbono y ricos en nitrógeno son los vegetales jóvenes, las deyecciones animales y los residuos de matadero.

4.13 El Proceso De Sustrato Orgánico. El proceso de sustrato orgánico puede dividirse en cuatro períodos, atendiendo a la evolución de la temperatura: ™ Mesolítico. La masa vegetal está a temperatura ambiente y los microorganismos se multiplican rápidamente. Como consecuencia de la actividad metabólica la temperatura se eleva y se producen ácidos orgánicos que hacen bajar el pH. ™ Termofílico. Cuando se alcanza una temperatura de 40 ºC, los microorganismos actúan transformando el nitrógeno en amoníaco y el pH del medio se hace alcalino. A los 60 ºC estos microorganismos desaparecen y aparecen las bacterias. ™ De Enfriamiento. Cuando la temperatura es menor de 60 ºC, reaparecen los microorganismos que reinvaden el mantillo y descomponen la celulosa. Al bajar de 40 ºC los mesófilos también reinician su actividad y el pH del medio desciende ligeramente. ™ De Maduración. Es un periodo que requiere meses a temperatura ambiente, durante los cuales se producen reacciones secundarias de condensación y polimerización del humus.

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5 MEDIDAS DE OPTIMIZACIÓN IMPLEMENTADAS

En este capitulo se presentan las medidas que se han tomado para mejorar el funcionamiento del sistema de control de olores las cuales han sido el resultado de seguimiento desde la construcción a los parámetros de los diferentes sub sistemas y que ha sido necesario adoptar para corregir las falencias del mismo.

5.1 Controles Más Puntuales Se elaboró un procedimiento para el monitoreo de los biofiltros, trazando una matriz virtual sobre cada una de las secciones, con el fin de realizar seguimiento más puntual a las áreas demarcadas por la matriz. El monitoreo se hace diario en cada biofiltro donde se controlan las siguientes variables: ™ Temperatura a 20, 30 y 60 cm de profundidad ™ pH a 30 cm de profundidad ™ Compactación sectorizada Este monitoreo se realiza en toda el área de las secciones del Biofiltro con los equipos portátiles para determinar las concentraciones de los diferentes gases y análisis al compuesto orgánico con equipos de laboratorio, lo anterior con el ánimo de identificar aspectos tales como: •

Concentraciones de gases a la salida, sobre el área superficial de los Biofiltros.

•

Compactación sectorizada del sustrato orgánico en los Biofiltros.

•

Condiciones físicas del sustrato orgánico.

•

Toma de muestras en puntos críticos de las secciones del Biofiltro para analizar y establecer los parámetros de operación.

•

Seguimiento a la distribución de agua (riego interno y externo) en el sustrato orgánico con el fin de asegurar una humidificación homogénea en todo el Biofiltro.

•

Control puntual con el “testigo probeta” y/o con equipo electrónico a lo largo de la profundidad del Biofiltro, para observar el grado de humidificación y/o

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resequedad, el grado de compactación y la apariencia general a través de la columna del Biofiltro. • •

Determinación de puntos críticos donde se presentan cortocircuitos. Seguimiento a la porosidad aparente del medio establecida.

•

Se analiza las temperaturas puntuales en las secciones del Biofiltro.

Figura 8. Fotos del Biofiltro donde se observa la carpa, el sustrato orgánico, el sistema de riego superior y la tubería de conducción de los gases.

5.2 pH Del Sustrato Orgánico Se mantiene en el rango entre 6.8 y 8.2, idealmente debe ser 7; sin embargo cuando el pH llega a 6, se toman medidas para ajustarlo. Si el pH se encuentra por fuera del rango descrito, los microorganismos pueden presentar inhibición de su función, de la misma forma puede presentarse la lixiviación de algunos nutrientes lo cual reduce consecuentemente la eficiencia del Sistema. Por ser el pH una variable crítica en el funcionamiento del Biofiltro, se ejecutan las acciones para mantenerlo en los niveles normales así: •

Mediante la adición de Cal en polvo al sustrato orgánico del Biofiltro.

•

Mediante la adición de Cal en solución al sustrato orgánico.

La cal permite mejorar la homogeneidad del sustrato orgánico, y con el Calfos, aumentar el contenido de Fósforo, sin que llegue a ser crítico o estar por debajo del nivel aceptable. 29

5.3 Humidificación Dado que se ha presentado deficiencia en la operación, manifestada en que la humidificación no se está realizando con la frecuencia indicada, por fallas en la automatización se realizan todos los correctivos para garantizar que la operación de humidificación se realice siempre en la cantidad y frecuencia adecuada.

5.4 Sustrato Orgánico De acuerdo a la experiencia, el sustrato orgánico ha tenido una vida promedio menor de 2 años. En este aspecto es necesario mejorar la operación del Biofiltro con el fin de alcanzar las expectativas de vida iniciales las cuales estaban entre 3 y 5 años y de esta forma reducir los costos de mantenimiento. La disposición final del sustrato orgánico utilizado no ha representado un efecto ambiental significativo, ya que el sustrato orgánico dispuesto contiene los mismos componentes de un suelo agrícola con un apreciable contenido de nutrientes, asociados a nitratos, sulfatos y fosfatos, solo que con cierto estado de estrés por el trabajo al cual ha sido sometido, pero que se puede estabilizar naturalmente. De esta forma, el sustrato orgánico usado no contiene ningún compuesto tóxico y se ha dispuesto como material biológico no peligroso y no tóxico.

5.5 Características Fisicoquímicas Del Efluente Líquido Debido a la acidificación del efluente líquido de los Biofiltros, es necesario: o Ver como se minimiza su producción. o Realizar su extracción neutralizarla y disponerla en el tanque de aquietamiento. La minimización de la producción de efluente, es la solución más lógica; pero no necesariamente la más sencilla y está asociada a la cantidad de agua que entra al Sustrato, la cual debe ser manejada en forma optima, su disposición se hace hacia el tanque de aquietamiento.

5.6 Vibraciones De Los Equipos Se realizan revisiones más periódicas de la alineación, vibración y balanceo de los extractores con el fin de evitar las fallas y el deterioro prematuro de los extractores como a sucedido a la fecha y que representa un costo adicional en la operación y mantenimiento del sistema. 30

5.7 Mantenimiento A Equipos Se realiza la limpieza general a los extractores, verificación de soportes y rodamientos, lubricación de rodamientos (chumaceras y eje de rotación), ajuste general de tuercas, tornillos y correas, drenaje de condensados e inspección y ajuste de lonas antivibración. Se realiza un adecuado mantenimiento a las abrazaderas de la carpa del Biofiltro, lijando sus partes deterioradas hasta quitar cualquier tipo de residuo u óxido y luego aplicándoles protección con pintura anticorrosiva y esmalte epóxico resistente a la intemperie.

5.8 Sistema De Control De Espuma Se instalaron manómetros y presóstatos que permitan garantizar la vida útil de las bombas de control de espuma y del conjunto de tuberías de conducción de agua para abatimiento de la espuma. El material del cuerpo tanto externo como interno de estos elementos, es en acero inoxidable que garantiza su resistencia a la corrosividad y agresividad del H2S. Se realizo el montaje de una motobomba con su tubería que toma el agua del acueducto de Peñas Blancas la cual es utilizada en el proceso de refrigeración y que nos va a garantizar un mejor funcionamiento del sistema de control de espuma que con el agua del Río Bogotá debido a que esta deteriora más rápidamente todos los elementos del sistema de control de espuma. Hacen parte de este sistema las flautas para el riego de la espuma a las cuales se les va a realizar mantenimiento ya que actualmente por la falta de uso, los sólidos que trae el agua del Río Bogotá están generan deterioro e inconvenientes de obstrucción en la tubería y daños en el anclaje y soportes por la contaminación. El mantenimiento consiste en la limpieza interna de las flautas, soportes y filtros con el fin de recuperar la eficiencia del sistema de abatimiento de la espuma, estos trabajos previo a la utilización del sistema con la nueva instalación de agua limpia la cual nos mejora la operación con menos mantenimiento. Como se ha observado, las consecuencias de no realizar la limpieza de las tuberías para el riego pueden ser graves. De acuerdo a los registros, estos mantenimientos se deben realizar con ciertas frecuencias pero la dificultad para realizarlos debido a la generación constante y al tiempo requerido para realizarlos no se está haciendo.

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5.9 Bomba Sentina Anclaje 19 Debido a que en una ocasión se presento una inundación en el sótano del anclaje 19 y se arriesgo la vida útil de las bombas y motores de control de espuma y BAR, se está en el proceso de compra e instalación de una bomba de sentina con control automático y capacidad adecuada para evacuar la cantidad de agua que se pueda presentar en este sótano.

5.10 Membrana Geotérmica Se va a realizar mantenimiento general a la cubierta del tanque de aquietamiento debido a que presenta muchas deformaciones a consecuencia de depósitos de agua sobre la misma lo cual esta ocasionando el deterioro prematuro con la posibilidad de colapsar la estructura dentro del tanque de aquietamiento, lo cual generaría suspensión de la operación de las unidades y de la cadena.

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6 ANÁLISIS DE RESULTADOS

A continuación se presentan los resultados del análisis realizado al sustrato orgánico y sus diferentes parámetros con el fin de establecer el estado del biofiltro de La Central Hidroeléctrica El Paraíso

6.1 Apariencia Del Sustrato Orgánico El Sustrato orgánico presenta a simple vista un color oscuro típico de tierra de alto contenido de materia orgánica, el cual es completamente normal en la mayoría de zonas. No presenta señales de excesiva compactación y la porosidad parece ser adecuada.

6.2 pH De acuerdo con los resultados, el pH en todos los niveles de los Biofiltros a comienzos de la construcción era menor a 2 lo cual estaba muy por debajo del rango aceptable, lo cual demostraba la acidificación completa del lecho. El pH subió en los biofiltros a pesar que el aire rico en ácido sulfhídrico pasa a través del sustrato, este ácido es transformado por las bacterias en sulfato en presencia de oxigeno. La acidez en el sustrato se debe a que la transformación del ácido sulfhídrico a sulfatos no es del 100% y el exceso de ácido se refleja en el pH bajo encontrado. El pH bajo produce inhibición de la actividad bacteriana y por ende deficiencia en la transformación del ácido sulfhídrico haciendo más critico el pH bajo y la lixiviación de los nutrientes (fosfatos, Nitratos,..) Lo que parece lógico es que sabiendo que las bacterias requieren un pH entre 6.5 y 9.0, no se halla pensado que podía existir un remanente de ácido que no se procesa causando acidificación del sustrato. De acuerdo a lo anterior y sabiendo que no todo el ácido sulfhídrico y demás componentes es procesado en su totalidad, es importante conocer el grado de eficiencia del sistema.

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6.3 Contenido De Fósforo y Nitrógeno El fósforo es fundamental, al igual que el Nitrógeno para la promoción del crecimiento de los microorganismos (Producción de Biomasa), que como se ha visto previamente, juegan un papel primordial en el funcionamiento del Biofiltro. La literatura recomienda generalmente que el contenido de fósforo se encuentre por encima del 0.10%. De acuerdo con los resultados, existe una deficiencia de fósforo hacia las partes más profundas de los Biofiltros, manteniéndose éste contenido en un nivel normal en la parte superior de los Biofiltros. Si se promedian los resultados de las muestras tomadas a las dos diferentes alturas, aunque podría considerarse arbitrario, se podría decir que el contenido global de fósforo en los dos Biofiltros se encuentra en un rango normal en promedio de 0.23%; sin embargo, más allá de lo que puede significar este promedio, los resultados demuestran una diferencia sustancial entre el contenido de fósforo de la parte alta y el de la parte baja del Biofiltro. Esta diferencia pone de manifiesto una heterogeneidad del Sustrato, la cual pudo haber sido causada, entre otras causas, por un efecto de “lavado” o lixiviación del sustrato, si se tiene en cuenta que el efluente líquido del Biofiltro presenta Un contenido de fósforo del 43.27%, el cual resulta ser muy alto, considerando que los Biofiltros se humidifican con agua relativamente limpia. Junto con el Fósforo, el Nitrógeno es el principal elemento promotor del crecimiento y metabolismo de los microorganismos, en cuyo trabajo se Fundamenta el funcionamiento del Biofiltro. Los resultados muestran que el contenido de Nitrógeno en el Biofiltro es adecuado, y no se detecta ninguna heterogeneidad con respecto a éste elemento. En este caso, aunque el contenido de nitrógeno en el efluente líquido es muy alto, no podría decirse sin Temor de equivocarse, que se esté presentando un efecto de “lavado” del Sustrato, ya que en monitoreos previos a la construcción del SICON, se detectó la presencia de Amoniaco en el gas desprendido desde el tanque de aquietamiento. Sin embargo al revisar la literatura, se encuentra que la asimilación de los nutrientes en el suelo es ampliamente afectada por el pH del suelo. Lo anterior permite reforzar la hipótesis de que los nutrientes sufrieron un efecto de lixiviación, al parecer por el bajo nivel de pH que registró el Sustrato.

6.4 Contenido De Humedad En toda la literatura relacionada, la cual recoge la experiencia mundial en la tecnología de Biofiltración, el concepto es unánime, en relación a que se debe

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mantener el contenido de humedad por encima del 50%, siendo óptimo el mantenerla entre el 60% y 70%. Esto se debe a que el crecimiento de los microorganismos se lleva a cabo en mejor forma, entre mayor sea la humedad presente. Por otro lado, la humedad o más bien el agua proveniente de la humidificación, actúa como un regulador de pH liviano, ya que ayuda a retirar los sulfatos producidos. El exceso de humedad, es decir, cuando el contenido de humedad está por encima del 70%, causa problemas, ya que actúa como sello hidráulico para el gas que intenta subir, incrementando la caída de presión a través del lecho, creando zonas anaerobias y promoviendo la aparición de corto circuitos. Los estudios preliminares mostraron que la humedad máxima encontrada en los Biofiltros, era apenas del 41.2%, lo que significa, de acuerdo con lo expuesto previamente, que se tiene un déficit de humedad. No obstante este resultado, y pese a que la eficiencia del Sistema se reduce, debe tenerse en cuenta que en los Biofiltros se presentan tanto el fenómeno de la Absorción, como el de la Adsorción, y es éste ultimo mecanismo el que permite que el Sistema, pese a que la Absorción no operaba adecuadamente cuando falta Humedad suficiente, mantenga una eficiencia aceptable, que puede llegar a ser del 90%.

6.5 Contenido De Materia Orgánica De acuerdo con los resultados, el contenido de materia orgánica es significativo, y demuestra un buen contenido de nutrientes en el lecho filtrante. La incorporación de diversas fuentes de materia orgánica en el suelo, produce varios efectos favorables (Miranda 1997), en las propiedades químicas, físicas y biológicas, entre las cuales se puede mencionar: 1. Aporta nutrientes esenciales para el crecimiento de las plantas tales como nitrógeno, fósforo, potasio, azufre, boro, cobre, Hierro, magnesio, etc., durante el proceso de su transformación. 2. Activa biológicamente al suelo, al incorporar ácidos orgánicos y alcoholes, durante su descomposición que sirven de fuente de carbono a los microorganismos de vida libre y fijadores de nitrógeno, estos últimos producen sustancias de crecimiento, como triptófano y ácido-indol-acético. 3. Alimenta a los microorganismos activos de la descomposición. 4. Incorpora sustancias intermediarias producidas en su descomposición que pueden ser absorbidos por las plantas, aumentando su crecimiento. 35

5. Incorpora sustancias segregantes que favorecen la estructura del suelo, de esta manera se mejora el movimiento del agua y del aire, disminuyendo la compactación. 6. Aumenta el poder tampón, es decir la resistencia contra la modificación brusca del pH. 7. Proporciona sustancias como fenoles, que contribuyen a la respiración, a una mayor absorción de fósforo y también a la sanidad vegetal. 8. La materia orgánica incrementa la capacidad de retención de humedad en el suelo. De cuerdo con la literatura, un contenido de materia orgánica normal corresponde al 3.1%, siendo bastante mejor si está por encima del 3.5% Desde este punto de vista, los resultados obtenidos son completamente satisfactorios, pues se tiene un contenido de materia orgánica importante, 11.9% y 18.27% en promedio para los Biofiltros.

6.6 Contenido De Sulfatos Los Sulfatos se producen por la oxidación del Sulfuro de Hidrógeno presente en el gas que ingresa al Biofiltro. Este proceso se realiza por acción bacterial, El resultado obtenido muestra que en el lecho del Biofiltro se están dando las reacciones esperadas, es decir, la producción de Sulfatos por oxidación del Sulfuro, lo cual es satisfactorio, además se presenta un hecho completamente normal y lógico, consistente en que la concentración de Sulfato en el fondo de los Biofiltros es mucho mayor que en la parte superior, lo cual se debe a que el Sulfato producido desciende progresivamente hasta depositarse en el suelo.

6.7 Efluente Líquido De Los Biofiltros El efluente analizado era un líquido de color café oscuro, lo que denota gran contenido de materia orgánica y sólidos. De acuerdo con los resultados, es un efluente fuertemente ácido, dado que su pH está en 1.0, su alto contenido de Sulfatos demuestra que está recogiendo todos los sulfatos producidos, por otro lado el contenido de fósforo también es significativamente alto, permitiendo deducir que puede estarse produciendo un efecto de “lavado” o lixiviación de nutrientes en el Biofiltro. Adicionalmente, tanto la DQO, como la DBO son significativamente altos, siendo la cantidad de materia orgánica no biodegradable significativamente mayores que la biodegradable. El contenido de metales (Hierro,

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magnesio y manganeso) y la dureza también son altos en comparación con aguas residuales promedio. En general, el sustrato orgánico de los Biofiltros, fisicoquímicamente presenta mejores características.

6.8 Eficiencia Del Biofiltro. A continuación se presenta la figura 8 en la cual se observa el resultado de la eficiencia y las obras de optimización ejecutadas en el biofiltro a través de estos primeros años de operación.

Figura 9. EFICIENCIA DEL SISTEMA DE CONTROL DE OLOR

FUENTE: CONSULTORIA AMBIENTAL

FUENTE: ESCO LTDA

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7 CONCLUSIONES

Las siguientes son las conclusiones establecidas al resultado del análisis obtenido de los diferentes parámetros del biofiltro. Estas conclusiones nos llevarón a plantear la propuesta del siguiente capitulo con el fin de mejorar la respuesta del Biofiltro y en lo posible llegar a su eliminación si los resultados de la propuesta nos llevan a una eliminación del 100% del H2S previa al Biofiltro.

7.1 Contenido De Nitrógeno y Fósforo Se encuentran dentro de un rango aceptable, aunque los resultados en cuanto al contenido de fósforo, muestran la ocurrencia de un posible efecto de lavado o lixiviación de nutrientes, asociada también al bajo nivel de pH, igualmente se observa una heterogeneidad del sustrato orgánico en los Biofiltros.

7.2 Observaciones Realizadas Demuestran que existen deficiencias en la operación y mantenimiento del Sistema, ya que se han dejado de efectuar oportunamente varios procedimientos los cuales se consideran importantes y se encuentran consignados dentro del Manual de Operación y Mantenimiento, en algunos casos, se han detectado anomalías subsanables; pero no se han tomado los correctivos necesarios, pudiéndose volver en males mayores.

7.3 Contenido De Humedad Pese a que la eficiencia del Sistema se reduce, debe tenerse en cuenta que en los Biofiltros se presentan simultáneamente, tanto el fenómeno de la Absorción, como el de la Adsorción, y es éste ultimo mecanismo el que permite que el Sistema, pese a que la Absorción no opera adecuadamente cuando falta humedad suficiente, mantenga una eficiencia aceptable, que puede llegara ser del 90%.

7.4 Aumento Del pH Con Cal El pH y la Humedad del sustrato orgánico, parámetros críticos para el funcionamiento adecuado de los Biofiltros, presentan niveles dentro del rango aceptable, lo cual se consiguió mediante acciones sobre el sustrato orgánico. 39

Sí la acidez del sustrato orgánico es causada por el ácido sulfhídrico que no es procesado por el sistema, la cantidad de cal requerida para mantener el pH en el rango indicado será proporcional a la cantidad de este ácido. Sí en algún momento la eficiencia del proceso disminuye, aumentará la Concentración de ácido sulfhídrico y se requerirá más cal para evitar la consecuente disminución del pH. Se debe establecer una tabla que indique la proporción de CAL necesaria para el mejoramiento del PH, frente a la cantidad de acido sulfhídrico no procesado. Con referencia a la adición de CALFOS, se agrega, únicamente para elevar el PH y los nutrientes se agregarían según se recomiende que compensen el fósforo.

7.5 Recirculación De Los Efluentes Los efluentes del Biofiltro se están recirculando al tanque de aquietamiento para evitar su vertimiento y contaminación del suelo y las fuentes de agua.

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8 PROTOTIPO DE APLICACIÓN DE OZONO PARA LA ELIMINACIÓN DEL H2S

A continuación se hace una descripción del prototipo de Ozonificador que se va a implementar para la eliminación del H2S por medio de aplicación de OZONO a los gases extraídos del tanque de aquietamiento, en el transcurso del presente año se llevará a cabo la implementación. Mediante este sistema pretendemos realizar un control previo del sulfuro de hidrogeno antes de llevarlos al biofiltro y de esta forma evitar la degradación prematura del sustrato orgánico con lo cual se disminuirá significativamente el mantenimiento al mismo o eliminar el Biofiltro si con solo el tratamiento con Ozono se consigue la eliminación del 100% del H2S.

8.1 Aspectos Teóricos Básicos Del Sistema El OZONO fue descubierto por el científico holandés VON MARUM en el año 1.783 trabajando con máquinas electrostáticas. Así mismo le sucedió a CIUKSHANK en el año 1.801 haciendo la electrólisis del agua. Finalmente en el año 1.840 el científico SCHONBEIN logró detectar y clasificar al OZONO dándole el nombre ya conocido por todos hoy en día (OZONO). Palabra que procede del griego y que su significado es olor. El OZONO dependiendo de su concentración puede ser bactericida o bacteriostático. Por un lado oxida la materia orgánica, además de atacarla por ozonólisis y por otro lado ataca a los microbios que se alimentan de ella. Existe una amplia gama de olores los cuales pueden ser atacados por el OZONO. Todo depende de la naturaleza de la sustancia causante del olor. Según dicha naturaleza se podrá establecer su vulnerabilidad hacia la acción del OZONO y la dosis de éste requerida para su eliminación. El resultado de una correcta ozonización es que en los sitios donde existan malos olores, no huele a nada, debido a que destruye las sustancias de las cuales emanan los malos olores para el caso de la Central El paraíso el H2S. Partiendo de la base que la producción de sulfuro de hidrógeno se debe a: ™ Descargas de sulfuro al Río Bogotá. ™ Descomposición de compuestos orgánicos que contienen sulfuros. ™ Descomposición bacteriana de sulfuros o sulfitos y relación con degradación orgánica anaeróbica. 41

Como lo hemos venido diciendo en capítulos anteriores el pH tiene una gran incidencia en la formación de H2S, entre más bajo sea su valor mayor será la formación de sulfuro de hidrógeno así: ™ pH ≤ 6.......... 100% tendencia de formación. ™ pH = 7.2.... 50% tendencia de formación. ™ pH = 8....... 10% tendencia de formación. ™ pH ≥ 9........ 0% tendencia de formación. El H2S se forma por la degradación de la materia orgánica por bacterias aeróbicas bajo condiciones anaeróbicas. Mientras exista oxigeno disuelto en el agua no se presentará formación de H2S. Cuando el oxigeno disuelto se consume, las bacterias comienzan a reducir los compuestos ricos en oxigeno; primero los nitratos (NO3) y luego los sulfatos (SO4). En la reducción de los nitratos se produce nitrógeno y en la reducción de los sulfatos se produce H2S. La reacción viene dada por: NO3 + Materia orgánica + bacteria → N2 + Nueva bacteria SO4 + Materia orgánica + bacteria → H2S + Nueva bacteria Al igual que el pH, la formación de H2S esta también muy influenciada por la temperatura del agua, el contenido de DBO y por el tiempo de retención. El crecimiento y la actividad bacteriana se llegan a triplicar a temperaturas próximas a 35º C. Hay tres parámetros a tener en cuenta en la formación de H2S: ™ Oxigeno disuelto. ™ Potencial de redox. ™ Consumo de oxigeno. El Oxigeno Disuelto (DO) en concentraciones menores a 2 ppm puede generar condiciones anaeróbicas y formación de H2S. El Potencial Redox método en mV, es la medida de la capacidad de oxigenación de un efluente teniendo en cuenta la composición del agua. En la oxidación del material orgánico la bacteria consume primero los compuestos con un gran contenido energético. REACCIÓN BIOLÓGICA O2 → H2 O NO3 → Ν2 SO4 → H2S 42

E (Mv) pH 7 +300 → +600 0 → +300 -300 → 0

La formación de H2S es intensa con valores de Redox < -154, a medida que se hace la inyección de oxigeno se eleva el potencial de oxireducción a niveles de Redox > -90 en donde la formación de H2S es mínima. El Consumo de Oxigeno (OC) en el agua normalmente varia entre 5 y 20 mg/l-hr. Este se puede determinar en una prueba de laboratorio midiendo la disminución de la absorción de oxigeno en función del tiempo la pendiente de la curva se denomina Rata de absorción de oxigeno. La forma más practica es la realización de una prueba piloto con inyección de oxigeno puro con el fin de ver la capacidad de oxigenación del agua y la oxidación del H2S disuelto. Para una prueba en un tanque de 10 m3 de capacidad, con un flujo de 10 m3 /hr y con los siguientes parámetros: DBO entrada = 200 mg/l DQO entrada = 600 mg/l Temperatura = 25ºC Oxigeno disuelto = 1.5 mg/l El consumo teórico de oxigeno estaría alrededor de 1.5 Kg/día. Posterior a la determinación de oxigeno y a la estabilización del proceso se puede llevar a cabo por escalado a una prueba de planta o industrial. Para el caso en la Central El Paraíso el flujo de agua a plena carga la central es de 36 m3 /seg. Y la capacidad de almacenamiento es de 5.120 m3 y el pondaje de 53.000 m3.

8.2 Toxicidad y Corrosión El H2S es un gas inflamable, altamente venenoso y con olor a Huevo podrido. En concentraciones de 0.3 ppm su olor es detectable. Puede llegar a producir desde irritación de ojos y vías respiratorias hasta producir la muerte (