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REVISIÓN 5 Julio de 2011 Página 1 de 82 ACS IOL 108 Criterios Técnicos, Recomendaciones y Especificaciones Generales de Diseño de los Mecanismos y Sistemas de Control de Emisión de Olores y Calidad del Aire y la Posible Ubicación de las Unidades de la PTAR Canoas PRODUCTO 5 CONTRATO No. 2-02-26100-0147-2010 “REALIZAR EL LEVANTAMIENTO DE LA LÍNEA BASE AMBIENTAL DE CALIDAD DEL AIRE Y GENERACIÓN DE OLORES EN EL SECTOR DE INFLUENCIA DE LA PTAR CANOAS, Y DETERMINAR LOS CRITERIOS Y RECOMENDACIONES TÉCNICAS PARA ELABORAR EL DISEÑO DE LOS SISTEMAS DE CONTROL DE EMISIÓN DE OLORES Y CALIDAD DEL AIRE EN LA PTAR CANOAS”. Bogotá D.C., Julio de 2011

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REVISIÓN 5 Julio de 2011

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ACS IOL 108

Criterios Técnicos, Recomendaciones y Especificaciones Generales de Diseño de los Mecanismos y Sistemas de Control de Emisión de Olores y Calidad del Aire y la Posible

Ubicación de las Unidades de la PTAR Canoas

PRODUCTO 5 CONTRATO No. 2-02-26100-0147-2010

“REALIZAR EL LEVANTAMIENTO DE LA LÍNEA BASE AMBIENTAL DE CALIDAD DEL AIRE Y GENERACIÓN DE OLORES EN EL SECTOR DE INFLUENCIA DE LA PTAR

CANOAS, Y DETERMINAR LOS CRITERIOS Y RECOMENDACIONES TÉCNICAS PARA ELABORAR EL DISEÑO DE LOS SISTEMAS DE CONTROL DE EMISIÓN DE OLORES Y

CALIDAD DEL AIRE EN LA PTAR CANOAS”.

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CONTENIDO Pág.

RESUMEN EJECUTIVO ..................................................................................................................... 6 INTRODUCCIÓN................................................................................................................................. 7 1. OBJETIVOS ............................................................................................................................ 8 1.1. GENERAL ............................................................................................................................... 8 1.2. ESPECÍFICOS ........................................................................................................................ 8 2. ESTADO DEL ARTE............................................................................................................... 9 2.1. MANEJO DE OLORES ........................................................................................................... 9 2.1.1. TIPOS DE OLORES. .............................................................................................................. 9 2.1.2. FUENTES DE LOS OLORES............................................................................................... 10 2.1.3. SISTEMAS DE RECOLECCIÓN DE AGUAS RESIDUALES. ............................................. 13 2.1.4. INSTALACIONES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES. ......................... 13 2.1.5. ESTRUCTURAS DE MANEJO DE LODO Y BIOSÓLIDOS. ............................................... 13 2.1.6. MOVIMIENTO DE OLORES DE LAS INSTALACIONES DE TRATAMIENTO DE AGUAS

RESIDUALES. ...................................................................................................................... 14 2.1.7. ESTRATEGIAS PARA EL MANEJO DE OLORES. ............................................................. 14 2.1.8. CONTROL DE DESCARGAS A LOS SISTEMAS DE RECOLECCIÓN DE AGUAS

RESIDUALES. ...................................................................................................................... 15 2.1.9. CONTROL DE OLORES EN LOS SISTEMAS DE RECOLECCIÓN. .................................. 15 2.1.10. RECOLECCIÓN DE OLORES Y TRATAMIENTO. .............................................................. 16 2.1.11. ADICIÓN DE QUÍMICOS PARA EL TRATAMIENTO EN EL CONTROL DE OLORES DE

AGUAS RESIDUALES. ........................................................................................................ 19 2.1.12. EMPLEO DE ENMASCARADORES DE OLOR Y NEUTRALIZACIÓN. ............................. 19 2.1.13. USO DE ESTRUCTURAS QUE GENEREN TURBULENCIA E INSTALACIONES PARA LA

DISPERSIÓN DE OLOR. ..................................................................................................... 20 2.1.14. EMPLEO DE ZONAS AMORTIGUADORAS. ...................................................................... 20 2.1.15. MÉTODOS PARA EL TRATAMIENTO DE OLORES. ......................................................... 21 2.2. SELECCIÓN Y DISEÑO DE LAS INSTALACIONES PARA EL CONTROL DE OLORES. . 27 2.2.1. CONSIDERACIONES DE DISEÑO PARA LAS TORRES DE LAVADO QUÍMICO

(SCRUBBERS). .................................................................................................................... 28 2.2.2. CONSIDERACIONES DE DISEÑO PARA EL CONTROL DE OLORES EN LOS

BIOFILTROS. ....................................................................................................................... 29 2.3. BACTERIAS EMPLEADAS EN EL COMPOST DE LOS BIOFILTROS. .............................. 32 2.4. INTRODUCCIÓN A LA CORROSIÓN. ................................................................................. 34 2.4.1. POR QUÉ SE CORROEN LOS METALES. ......................................................................... 34 2.4.2. MECANISMO BÁSICO DE LA CORROSIÓN. ..................................................................... 35 3. CRITERIOS Y MECANISMOS PARA EL CONTROL DE OLORES Y CALIDAD DEL AIRE. 37 3.1. DISEÑO PARA EL CONTROL DE OLORES EN LA FUTURA PLANTA DE TRATAMIENTO PTAR CANOAS (CAUDAL DE TRATAMIENTO MÁXIMO DE 28 M3/S) .......................................... 37 3.1.1. DISEÑO VENTILADORES. .................................................................................................. 37 3.1.1.1. CÁLCULO CAÍDA DE PRESIÓN EN DUCTO DE TRANSPORTE DE H2S DE LOS

TORNILLOS A LAS UNIDADES DE TRATAMIENTO DE OLORES. ................................... 40 3.1.2. DISEÑO DE UN SISTEMA LAVADOR. ............................................................................... 45 3.1.3. DISEÑO DE UN BIOFILTRO DE CONTROL DE OLORES. ................................................ 53

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3.1.4. DISEÑO DE UN SISTEMA CON LAVADOR Y BIOFILTRO. SUPONIENDO QUE EL LAVADOR TRATA EL 70% DEL H2S Y EL PROCENTAJE RESTANTE EL BIOFILTRO (30%). ................................................................................................................................... 57

3.2. MATERIALES Y ESPECIFICACIONES DEL DISEÑO. ........................................................ 63 3.3. REQUERIMIENTO DE ÁREA PARA PLANTAS DE TRATAMIENTO DE OLORES. ........... 64 4. CORROSIÓN. ....................................................................................................................... 65 5. RECOMENDACIONES. ........................................................................................................ 72 BIBLIOGRAFÍA................................................................................................................................. 76

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LISTA DE ANEXOS ANEXO 1. VENTAJAS Y COSTOS DE OPERACIÓN TRATAMIENTO DE OLORES

12 Pág.

ANEXO 2. PLANO UBICACIÓN UNIDADES DE TRATAMIENTO FUTURA PTAR CANOAS.

1 Plano

ANEXO 3. CATÁLOGO DIMENSIONES SCRUBBER. 4 Pág. ANEXO 4. DISEÑO GENERAL. 2 Planos ANEXO 5. PTAR CAÑAVERALEJO CALI Video (2 Partes)

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ESTADO DE REVISIÓN Y APROBACIÓN

Título Documento:

Criterios Técnicos, Recomendaciones y Especificaciones Generales de Diseño de los Mecanismos y Sistemas de Control de Emisión de Olores y Calidad del Aire y la Posible Ubicación de las Unidades de la PTAR Canoas.

Codificación ACS ICON 101

N ú m e r o d e R e v i s i ó n 5

Elaboración Nombre I.Q. Diego Mauricio Alea Poveda

Firma

Revisó y aprobó: Nombre: Ing. Alexander Zúñiga

Firma:

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RESUMEN EJECUTIVO

El presente documento tiene como finalidad realizar las recomendaciones pertinentes para la construcción y operación de la futura PTAR Canoas que se ubicará en el municipio de Soacha., aguas arriba de la estación de bombeo Alicachín, con el fin de determinar la línea base del componente aire para la zona de influencia de la futura PTAR Canoas. Estas recomendaciones se encuentran relacionadas con el control de la calidad del aire en la zona de estudio. Así, se pueden establecer medidas de control que sean acordes a la normatividad actual vigente en materia de calidad del aire y olores correspondiente a la Resolución 610 del 24 de Marzo de 2010 del Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial (MAVDT). El estudio se fundamenta en dimensionar de manera muy general las unidades de olores a emplear en la futura planta de tratamiento de aguas residuales Canoas tomando una concentración de sulfuro de hidrógeno de referencia para el diseño. Con los resultados obtenidos se procede a ubicar la zona disponible para las unidades de tratamiento de olores. Finalmente se realizan recomendaciones para la preservación de la calidad del aire y control de olores que se sugieren sean implementadas en la zona de influencia tanto para la construcción como para la operación de la futura PTAR.

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INTRODUCCIÓN El presente documento describe las recomendaciones y las especificaciones generales del diseño de los mecanismos y sistemas de control de emisión de olores y calidad de aire para la construcción y operación de la futura PTAR Canoas. El estudio se fundamentó en recomendar las opciones de diseño disponibles en el ámbito tecnológico para el tratamiento de olores. El desarrollo del presente informe surge de la necesidad de regular la emisión de H2S. Pues los resultados reportados en los informes ACS IOL 110 y ACS IOL 111 (Productos 2 y 3)1 del presente contrato muestran que la concentración de H2S supera los valores permisibles estipulados en la Resolución 610 del 24 de Marzo de 2010 del Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial (7 μg/m3) para el predio donde se ubicará la futura PTAR Canoas. Para conocer las emisiones de H2S generadas por las unidades planteadas para la futura PTAR Canoas se empleó información encontrada en la literatura. Con dichas emisiones se procede a elaborar el diseño general. El estudio de diseño para el tratamiento de olores se realizó con base en una búsqueda de información de tratamientos de olores que se han desarrollado en la actualidad y que ha sido reportada en artículos y literatura relacionada con el tratamiento de emisión de olores. Se escogió como mejor opción de diseño un sistema de dos etapas integrado por torre lavadora y biofiltro en el cual se remueven el 70% y 30% del sulfuro de hidrógeno respectivamente. Opción escogida por costos y eficiencia de remoción. Es importante resaltar que el diseño desarrollado es un diseño general para dar idea de qué tanto ocuparían las unidades de tratamientos de olores para implementarlas en la futura PTAR Canoas. Por lo tanto si se desea obtener datos más específicos de cada unidad y sistema de tratamiento se recomienda desarrollar un diseño de detalle y así establecer la mejor opción respecto al tratamiento de sulfuro de hidrógeno.

1 AIR CLEAN SYSTEMS S.A. INFORME “ESTUDIO DE OLORES EN LA PTAR EL SALITRE”. Producto 2

(Informe ACS IOL 110) Contrato 2-02-26100-0147-2010.

AIR CLEAN SYSTEMS S.A. INFORME DE CALIBRACIÓN E IMPLEMENTACIÓN DEL MODELO DE DISPERSIÓN DE LOS PARÁMETROS SULFURO DE HIDRÓGENO, MONOMETILAMINA Y MERCAPTANOS PARA LA ZONA DE INFLUENCIA DE LA PTAR CANOAS SALITRE. Producto 3 (Informe ACS IOL 111) Contrato 2-02-26100-0.2147-2010.

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1. OBJETIVOS

1.1. General

Recomendar un diseño general para el control de emisión de olores y calidad del aire para la construcción y operación de la futura PTAR Canoas.

1.2. Específicos

Diseñar tres opciones para el control de olores y emisiones generados en la futura planta de tratamiento Canoas

Elaborar un estimado de la corrosión que generaría el sulfuro de hidrógeno en las

instalaciones de la futura planta de tratamiento para conocer a través del tiempo el deterioro que causa ésta en las instalaciones en caso de no implementar tratamiento de olores.

Recomendar la posible ubicación de las unidades para el sistema de eliminación

de olores para la futura planta de tratamiento.

Recomendar la información general necesaria contenida para los equipos en las zonas de operación, con el fin de asegurar y garantizar su correcta operación, conservación, así como también la seguridad de los operadores”

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2. ESTADO DEL ARTE En esta sección se muestra información que en la actualidad se ha publicado para el control de emisión de olores, información que se empleará posteriormente en la elaboración de las recomendaciones objeto de este producto. 2.1. MANEJO DE OLORES El control de olores ha tomado una mayor consideración en el diseño y operación de instalaciones para la recolección, tratamiento y disposición de aguas residuales. En algunos casos los proyectos han sido rechazados por el potencial de olores. En vista de la importancia del manejo de estos olores se discutirá a continuación:

1. Los tipos de olores de acuerdo con la literatura. 2. Las fuentes de estos olores. 3. El movimiento de los gases olorosos. 4. Estrategias para el control de olores. 5. Métodos para el control de olores. 6. El diseño de de instalaciones para el control de olores

2.1.1. TIPOS DE OLORES. Para las personas la importancia de las concentraciones de olores está relacionada con en el estrés psicológico y el posible daño sobre el organismo que éstos causan. Los tipos principales de olores encontrados en las instalaciones procesadoras de aguas residuales se reportan en la Tabla 1.

Tabla 1. Olores y sus Características asociadas con el manejo de Aguas Residuales.2

Componente Fórmula Química Peso

Molecular

Umbral en ppmv (Partes por Millón por

Volumen)

Característica

Amoniaco NH3 17 46,8 Picante, irritante Cloro Cl2 71 0,314 Picante, sofocante Clorofenol ClC6H4OH 0,00018 Olor medicinal Butanil Mercaptano

CH3-CH=CH-CH2-SH 90,19 0,000029 Olor a zorrillo

Dimetilo de Azufre

CH3-S-CH3 62 0,0001 Vegetales podridos

Difenilo de Azufre

(C6H5)2S 186 0,0047 Desagradable

Etil Mercaptano

CH3CH2-SH 62 0,00019 Marranera

2 METCALF Y EDDY. WASTEWATER ENGINEERING TREATMENT AND REUSE. FOURTH EDITION MC. GRAW HILL. NEW YORK. 2003. Pág 1651.

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Continuación Tabla 1.

Componente Fórmula Química Peso

Molecular

Umbral en ppmv (Partes por Millón por

Volumen)

Característica

Sulfuro de Etilo

(C2H5)2-SH 0,000025 Olor Nauseabundo

Sulfuro de Hidrógeno.

H2S 34 0,00047 Huevos podridos

Indol C8H6NH 117 0,0001 Materia Fecal, nauseabundo

Metil Amina CH3NH2 31 21,0 Perro Muerto, Galpón

Metil Mercaptano

CH3SH 48 0,0021 Marranera

Escatol C9H9N 131 0,019 Materia Fecal, nauseabundo

Dióxido de Azufre

SO2 64,07 0,009 Picante, irritante

Tiocresol CH3-C6H4-SH 124 0,000062 Olor a zorrillo, rancio

Trimetilamina (CH3)3N 59 0,0004 Picante, Olor a pescado.

Con pocas excepciones, los compuestos típicos de olores contienen azufre y nitrógeno. La característica de los olores relacionados con compuestos orgánicos que contienen azufre y nitrógeno es el de material orgánico en descomposición. De los olores reportados en la Tabla 1, el de sulfuro de hidrógeno es el olor que se encuentra comúnmente en las instalaciones de tratamiento de aguas residuales. 2.1.2. FUENTES DE LOS OLORES. Las principales fuentes de olores en las instalaciones de tratamientos de aguas y el potencial de liberación de olores se presentan en la Tabla 2.

Tabla 2. Fuentes de Olores en los Sistemas de Tratamiento de Aguas Residuales.3

Ubicación. Fuente / Causa Potencial de Olor Sistemas de Recolección de Aguas Residuales.

Válvulas de Liberación de Aire.

Acumulación de gases liberados por las aguas residuales.

ALTO

Tubos para el Acceso de Limpieza

Acumulación de gases liberados por las aguas residuales.

ALTO

Pozos Acumulación de gases liberados por las aguas residuales.

ALTO

3 Ídem. Pág. 1652

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Continuación Tabla 2. Ubicación. Fuente / Causa Potencial de Olor

Descarga de Aguas Residuales Industriales.

Compuestos que pueden ser descargados al sistema de recolección de agua residual.

VARIABLE

Estaciones de Bombeo de Agua Residual.

Cámara séptica de depósitos de agua residual, sólidos y suciedad.

ALTO

Instalaciones de Tratamiento de Aguas Residuales.

Puntos de Captación

Los olores son generados por el sistema de recolección debido a la turbulencia y los puntos de transferencia de agua residual.

ALTO

Instalaciones de Barrido Materia putrefacta removida por barrido.

ALTO

Pre aireación

Genera compuestos de olores producidos por el sistema de recolección de aguas residuales.

ALTO

Extractor de Polvo Materia orgánica removida con polvo.

ALTO

Cuencas de Estabilización de Flujo

Condiciones sépticas en la superficie de las cuencas debido a la acumulación de suciedad y depósitos de sólidos.

ALTO

Instalaciones de Recepción y Manipulación.

Compuestos de olores que pueden ser liberados a la sección séptica de recepción, especialmente cuando el contenido de ésta se transfiere.

ALTO

Reciclos Reciclo de Biosólidos en las instalaciones de procesamiento

ALTO

Clarificadores Primarios

Efluentes de vertederos y canales/ turbulencia que genera gases olorosos. Suciedad y material flotante en los vertedero / materia putrefacta. Lodo flotante / condiciones sépticas.

ALTO/ MODERADO

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Continuación Tabla 2. Ubicación. Fuente / Causa Potencial de Olor

Proceso de Película Fija (RBCs)

Película biológica/ condiciones sépticas debido a la insuficiencia de oxígeno, alta carga orgánica, o taponamiento del relleno del filtro; la turbulencia causa liberación de material oloroso.

MODERADO / ALTO

Cuencas de Aireación

Reciclo de lodos sépticos, alta carga orgánica, mezclado pobre. Inadecuado Oxígeno Disuelto, depósitos de sólidos.

BAJO / MODERADO

Clarificadores Secundarios Sólidos flotantes/ retención excesiva de sólidos.

BAJO / MODERADO

Instalaciones para Biosólidos y Lodos.

Espesadores, Tanques de Manejo de Sólidos

Sólidos flotantes; vertederos y canales/ suciedad y sólidos sépticos debido a los largos periodos de almacenamiento, depósitos de sólidos, e incrementos de temperatura; liberación de olores por turbulencia.

ALTO / MODERADO

Digestión Aeróbica Mezclado incompleto en el reactor.

BAJO / MODERADO

Digestión Anaeróbica

Escape de sulfuro de hidrógeno/ condiciones de equipo alteradas, alto contenido de sulfato en sólidos.

MODERADO / ALTO

Almacenamiento de Lodo Falta de mezclado, formación de capas de suciedad.

MODERADO / ALTO

Deshidratación mecánica por filtros prensa cinturón, filtro prensa de platos, o

centrifugación.

Torta de sólidos/ materia putrefacta; adición de químicos, liberación de amoniaco.

MODERADO ALTO

Instalaciones de Carga de Lodos.

Liberación de olores durante la transferencia de Biosólidos de almacenamiento a las instalaciones de tratamiento.

ALTO

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Continuación Tabla 2. Ubicación. Fuente / Causa Potencial de Olor

Instalaciones de Compostaje

Sólidos de compostaje/ aireación insuficiente, ventilación inadecuada.

ALTO

Estabilización Alcalina

Sólidos Estabilizados/ Generación de amoniaco resultado de la reacción con cal.

MODERADO

Incineración

Emisiones/ la temperatura de combustión no es lo suficientemente alta para destruir todas las sustancias orgánicas.

BAJO

Camas de Secado de Lodo

Secado de sólidos/ exceso de materia putrefacta debido a la estabilización insuficiente.

MODERADO / ALTO

2.1.3. SISTEMAS DE RECOLECCIÓN DE AGUAS RESIDUALES. El potencial de liberación de olores de los sistemas de recolección es alto. Las principales fuentes de compuestos generadores de olores en estos sistemas vienen de la conversión biológica, bajo condiciones anaeróbicas, de materia orgánica que contiene nitrógeno y azufre, y de las descargas industriales de agua residual que contiene muchos compuestos generadores de olores o sustancias que pueden reaccionar con compuestos de agua residual para generar olores. Los gases de las alcantarillas se pueden acumular y ser liberados por los puertos de acceso, válvulas, y secciones de venteo. 2.1.4. INSTALACIONES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES. Teniendo en cuenta el potencial de generación y liberación de olores de las plantas de tratamiento, es de práctica común considerar las instalaciones de proceso para sólidos y líquidos separadamente. Los puntos de captación y tratamiento preliminar poseen un alto potencial para liberar olores, especialmente en las plantas de tratamiento que tienen sistemas de recolección largos donde se pueden desarrollar condiciones anaeróbicas más fácilmente. Las descargas incluyen deposito de sólidos en los filtros de lavado y procesos de los biosólidos y lodo que son con frecuencia la mayor fuente de olores, especialmente donde estos flujos son alojados para su posterior descarga. 2.1.5. ESTRUCTURAS DE MANEJO DE LODO Y BIOSÓLIDOS. Las fuentes más significativas de generación de olores en las plantas de tratamiento son las instalaciones de espesamiento de lodos, digestores anaeróbicos, y descarga de lodos. El potencial más alto para la liberación de olores ocurre cuando un lodo inestable es manipulado. Una de las mayores contribuciones de olor para el procesamiento de sólidos y un tema

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muy importante a considerar es el corte de sólidos por cizallamiento (fragmentación de los sólidos en partículas más finas por procesos mecánicos en el proceso de tratamiento). Cuando los sólidos se mezclan por una alta deshidratación, una reducción del tamaño de partícula ocurre y la generación de olores incrementa. El mayor mecanismo que aparece es el de la liberación de biopolímeros proteínicos. Una vez liberados, se degradan y liberan gran cantidad de compuestos generadores de olores, comúnmente mercaptanos. Al incrementar la proteína en solución, la deshidratación se vuelve más compleja. La solución de proteínas puede ser “coagulada” por adición de polímero, pero los polímeros sintéticos son degradados y la proteína vuelve a aparecer. El polímero sintético puede también generar metilaminas cuando se degrada. La trimetilamina (TMA) se presenta en fase líquida en muchos lodos digeridos anaeróbicamente. La TMA es como el amoniaco, en el sentido que se solubiliza a pH menor a 9, pero por encima de este valor el gas puede ser liberado al aire. Para controlar el olor de los digestores se adiciona cal, pero este proceso puede convertir el TMA en gas. 2.1.6. MOVIMIENTO DE OLORES DE LAS INSTALACIONES DE TRATAMIENTO DE

AGUAS RESIDUALES. Bajo condiciones meteorológicas inactivas, el desarrollo de gases en las instalaciones de tratamiento tiende a mantenerse sobre los puntos de generación porque los gases generadores de olores son más densos que el aire. Dependiendo de las condiciones meteorológicas, se ha encontrado olores en altas concentraciones a grandes distancias del punto de generación. Los siguientes eventos pueden ocurrir:

1. En la noche o cerca a horas de la mañana, bajo condiciones meteorológicas inactivas, una nube de olores se desarrolla en la unidad de tratamiento de aguas residuales, propenso a liberar olores.

2. La nube concentrada de olores puede ser transportada, sin disolverse, a grandes distancias por la débil brisa de la noche o de la mañana. En algunos casos los olores han sido detectados a distancias de 25 km de la fuente donde se originaron los olores. Este fenómeno de transporte ha sido denominado movimiento ráfaga de olores. El método más común para mitigar estos efectos es el de instalar barreras para inducir turbulencia y romper la nube concentrada de olores, y/o emplear generadores de viento para mantener una velocidad mínima de cruce de la fuente.

2.1.7. ESTRATEGIAS PARA EL MANEJO DE OLORES. Las estrategias para el manejo y control de olores se presentan a continuación. Las soluciones a los problemas crónicos de olores en las plantas de tratamiento pueden incluir:

1. Control de olores causados por las descargas de aguas residuales en los sistemas de recolección y tratamiento.

2. Control de olores generados en los sistemas de recolección.

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3. Control de olores generados en las instalaciones de tratamiento de aguas residuales.

4. Instalación de un retenedor de olores e instalaciones de tratamiento de olores. 5. Aplicación de químicos a la fase líquida. 6. Uso de agentes neutralizantes y enmascaradores de olores. 7. Uso de turbulencia en la fase gas. 8. Establecimiento de zonas buffer o de amortiguamiento.

2.1.8. CONTROL DE DESCARGAS A LOS SISTEMAS DE RECOLECCIÓN DE AGUAS

RESIDUALES. La eliminación y control de descargas de aguas residuales que contienen compuestos generadores de olor en los sistemas de recolección, puede ser lograda por:

1. La adopción de una descarga más rigurosa con mayores requerimientos. 2. El requerimiento de un pretratamiento de las aguas residuales industriales. 3. Proveer un flujo a la fuente para eliminar las descargas de lodo provenientes del

agua residual. 2.1.9. CONTROL DE OLORES EN LOS SISTEMAS DE RECOLECCIÓN. La liberación de olores de la fase líquida en los sistemas de recolección pueden ser eliminados por:

1. Mantener condiciones aeróbicas por la adición de peróxido de hidrógeno, oxígeno puro, o aire en ubicaciones críticas del sistema de recolección y las principales vías. Pues el oxigeno elimina las bacterias en general (desulfobacter, thermodesulfobacterium, desulfonema etc). Las bacterias sulfatoreductoras toman el azufre cuando hay deficiencia de oxigeno y es por esta razón que generan sulfuro de hidrogeno.

2. Control del crecimiento anaeróbico por desinfección o control de pH. Una forma sencilla de controlar el pH y evitar que entre en la zona ácida, es agregando cal viva ó cualquier otro neutralizante.

3. Oxidación o precipitación de compuestos generadores de olores por adición de agentes químicos. Al agregar soda o cal se forma sulfuro de sodio ó sulfuro de calcio, que es una forma de secuestrar también el H2S en el agua.

4. Diseño del sistema de recolección para minimizar la liberación de olores debido a la turbulencia.

Realizar obras civiles, para que el fluido en su caída no genere tanta turbulencia y así evitar el desprendimiento de olores entre ellos ácido sulfhídrico.

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5. Tratamiento del gas de suministro en las ubicaciones seleccionadas. Éste es el sistema de tratamiento que se propondrá y seleccionará para el presente documento.

2.1.10. RECOLECCIÓN DE OLORES Y TRATAMIENTO. La recolección de olores incluye la instalación de recuperadores, tanques de recepción y equipo para la manipulación de aire para recolectar y dirigir los gases a los sistemas de tratamiento. En el caso de instalaciones de tratamiento en donde las áreas de desarrollo son cerradas, es de práctica común aprehender los olores en unidades como los puntos de captación, clarificadores primarios, filtros de goteo, espesadores de lodos, instalaciones de procesamiento de lodos e instalaciones de descarga de lodos. El tratamiento específico de estos olores depende del tipo de compuesto. Alternativas típicas para la recolección de olores se muestran en la Tabla 3, y los métodos empleados para el tratamiento se resumen en la Tabla 4. Tabla 3. Alternativas en la Recolección de Olores para el Control de Emisión de olores en las instalaciones de tratamiento de agua Residuales.4

Instalaciones (Fuentes) Estrategias de Control Sugeridas

Alcantarillas de Aguas Residuales Sellar los puertos de acceso. Eliminar el uso de estructuras que crean turbulencia y volatilización. Ventilar las alcantarillas.

Accesorios de Alcantarillas Aislar y recubrir los accesorios existentes.

Estaciones de Bombeo

Ventilar los gases de los pozos de bombeo hasta las unidades de tratamiento de compuestos orgánicos volátiles (COVs). Utilizar bombas de velocidad variable para reducir el tamaño del pozo de bombeo.

Rejas de Barras Cubrir las unidades existentes. Reducir las pérdidas de carga a través de las rejas de barras.

Pulverizadores Cubrir las unidades existentes. Usar una línea de pulverizadores.

Aforados Parshall Cubrir las unidades existentes. Emplear un equipo de medida alternativo.

Desarenador.

Cubrir los desarenadores aireados existentes. En desarenadores de flujo horizontal convencionales, se deben reducir las turbulencias; en caso de ser necesario, cubrirlos. Evitar el uso de desarenadores aireados.

4 Ídem. Pág. 1658.

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Instalaciones (Fuentes) Estrategias de Control Sugeridas

Depósitos de Regulación Cubrir las unidades existentes. Emplear mezcladores sumergibles, y reducir el flujo de aire.

Tanques de Sedimentación Primario y Secundario

Cubrir las unidades existentes. Reemplazar los vertederos de aire de flujo con vertedereros sumergibles.

Tratamiento Biológico Cubrir las unidades existentes. Usar mezcladores sumergibles y reducir la velocidad de flujo de aireación.

Espesadores de lodo Cubrir las unidades existentes. Canales de Transferencia Emplear canales de transferencia cerrados.

Tabla 4. Métodos Empleados para Controlar los Gases Malolientes encontrados en los sistemas de Aguas Residuales.5

Método Descripción y Aplicación. Métodos Físicos.

Adsorción en Carbón Activado.

Los gases malolientes pueden hacerse pasar a través de lechos de carbón activado para eliminar olores. La regeneración del carbón activado puede emplearse para reducir costos.

Adsorción sobre Arena o Suelo o Filtros de Compost.

Los gases malolientes pueden pasarse a través de arena o lechos de compostaje. Los gases procedentes de las estaciones de bombeo pueden descargarse al terreno circundante o a lechos especialmente diseñados que contienen arena o suelos.

Dilución con Aire Inodoro.

Los gases se pueden mezclar con fuentes de aire puro para reducir los olores de la unidad. Alternativamente, los gases se pueden descargar a través de chimeneas elevadas para conseguir la dilución y dispersión atmosférica.

Agentes Enmascarantes.

Se pueden añadir productos perfumados para eliminar o enmascarar los olores desagradables generados en las unidades de tratamiento. En algunos casos el olor del agente enmascarante es peor que el original. La eficiencia de los enmascaradores es limitada.

Inyección de Oxigeno

La inyección de oxígeno (tanto de aire como de oxígeno puro) en el agua residual para controlar condiciones anaerobias se ha probado que es efectiva.

5 Ídem. Pág. 1659.

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Continuación Tabla 4. Método Descripción y Aplicación.

Torres de Lavado de Gases

Los gases malolientes se pueden hacer pasar a través de torres de lavado especialmente diseñadas para eliminar olores.

Instalaciones que Generen Turbulencia Emplear interruptores de viento, como barreras elevadas y árboles.

Métodos Químico

Oxidación Química

La oxidación de los compuestos del olor presentes en el agua residual es uno de los métodos comúnmente empleados para llevar a cabo el control de olores. El cloro, el ozono, el peróxido de hidrógeno y el permanganato de potasio se cuentan entre los oxidantes que se han utilizado para la oxidación química.

Precipitación Química La precipitación química se refiere a la precipitación de sulfuros con sales metálicas, especialmente hierros

Agentes Neutralizantes

Compuestos que pueden ser rociados o atomizados en nieblas finas para reaccionar químicamente, neutralizar y disolver compuestos olorosos.

Lavado con Álcalis

Los gases olorosos pueden ser pasados a través de diseños especiales de torres de lavado. Si el nivel de dióxido de carbono es elevado, los costos pueden ser grandes.

Oxidación Térmica

La combustión de gases de salida a temperaturas de 800 a 1400 °C eliminara olores. A temperaturas más bajas (400 a 800 °C) se emplea la incineración catalítica.

Métodos Biológicos

Tanques de Aireación de Lodos Activados

Los gases malolientes pueden inyectarse en los tanques de aireación de lodos activados para eliminar los compuestos olorosos por combinación del proceso de aireación.

Biofiltros Percoladores

Filtros especialmente diseñados para remover biológicamente compuestos olorosos. Típicamente, los filtros son llenados con empaque plástico de varios tipos sobre los cuales se puede mantener la película biológica.

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Continuación Tabla 4. Método Descripción y Aplicación.

Biofiltros Filtros de Compost Los gases pueden ser pasados a través de lechos activos de compost para remover olores.

Filtros de Arena y Tierra Los gases olorosos se pueden pasar a través de lechos de arena y tierra para remover olores.

Filtros Percoladores Los gases olorosos se pueden pasar a través de filtros percoladores existentes para remover olores.

2.1.11. ADICIÓN DE QUÍMICOS PARA EL TRATAMIENTO EN EL CONTROL DE

OLORES DE AGUAS RESIDUALES. Los olores pueden ser eliminados en la fase líquida por la adición de una variedad de químicos que logran

1- La oxidación química. 2- La precipitación química. 3- Control de pH.

Los químicos más comunes son oxígeno, aire, cloro, hipoclorito de sodio, permanganato de potasio, peróxido de hidrógeno y ozono. Mientras todos estos químicos oxidan el H2S y otros compuestos generadores de olor, su uso se complica por los subproductos generados en la reacción. El único camino para establecer las dosis requeridas de químico es a través de pruebas a escala piloto. Los olores también pueden ser reducidos por medio de la precipitación. Por ejemplo, cloruro ferroso y sulfato ferroso pueden ser empleados para el control de H2S por la precipitación del ión sulfuro como sulfuro ferroso. Estas reacciones de precipitación también deben ser evaluadas a escala piloto para conocer las dosis que se deben aplicar en el proceso de precipitación. La liberación de H2S también puede ser controlada por incremento del valor de pH en el agua residual. Este incremento de pH reduce la actividad bacteriana y cambia el equilibrio químico disminuyendo la formación del sulfuro de Hidrógeno. 2.1.12. EMPLEO DE ENMASCARADORES DE OLOR Y NEUTRALIZACIÓN. En algunas ocasiones se emplean enmascaradores químicos que convierten los olores en otros menos ofensivos. Estos enmascaradores son básicamente aceites esenciales con aromas comunes como vainilla, cítricos, pino o floral. Sin embargo estos enmascaradores no modifican o neutralizan los olores ofensivos. La neutralización involucra la combinación de gases generadores de olor con gases que los contrarrestan y producen un olor de más baja intensidad o los eliminan.

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2.1.13. USO DE ESTRUCTURAS QUE GENEREN TURBULENCIA E INSTALACIONES PARA LA DISPERSIÓN DE OLOR.

Las instalaciones empleadas para inducir turbulencia atmosférica han sido construidas específicamente con el propósito de reducir los olores en fase gaseosa. Operacionalmente, los gases que se desarrollan bajo condiciones calmadas sobre lagunas son diluidos por turbulencia local inducida por barreras. Los árboles también son utilizados para diluir gases generadores de olor por desarrollo de turbulencia y mezclado. 2.1.14. EMPLEO DE ZONAS AMORTIGUADORAS. El uso de zonas amortiguadoras puede ayudar también a reducir el impacto de los olores en zonas pobladas. Una zona amortiguadora es una zona donde se homogeniza y se ajusta el pH antes de hacer cualquier tratamiento. Las distancias típicas para las zonas amortiguadoras empleadas comúnmente se presentan en la Tabla 5. Tabla 5. Distancias Amortiguadoras Mínimas Sugeridas de las Unidades de tratamiento6.

Unidades de Proceso Distancia

Amortiguadora Metros

Tanque de Sedimentación. 125 Filtro Percolador 125

Tanque de Aireación 150 Laguna Aireada 300

Digestor de Lodo (Aeróbico o Anaeróbico) 150 Unidades de Tratamiento de Lodo 300

Lechos de Secado Abiertos 150 Lechos de Secado Cubiertos 125

Tanques de Tratamiento de Lodos 300 Tanques Espesadores de Lodo 300

Filtros a Vacío 150 Oxidación de Aire Húmedo 450

Lecho de Recarga de Efluentes 250 Filtros de Efluentes

Secundarios Abiertos 150 Cerrados 75

Filtros de Efluentes Terciarios.

Tratamiento Avanzado de Aguas

Residuales

Abiertos 100

Cerrados 75

Desnitrificación 100 Laguna de Refinamiento 150

Disposición de tierra 150 Si se emplean zonas amortiguadoras, se debe implementar un estudio de olores para identificar el tipo y la magnitud de la fuente de olores, condiciones meteorológicas,

6 Ídem. Pág. 1660

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características de Dispersión y tipo de desarrollo. Adicionalmente Para reducir el impacto de los olores se recomienda plantar árboles de crecimiento rápido en el perímetro. 2.1.15. MÉTODOS PARA EL TRATAMIENTO DE OLORES. La clasificación general de los métodos para el tratamiento de olores se presenta en la Tabla 4. Los principales métodos serán explicados a continuación: TORRES DE LAVADO QUÍMICO. El objetivo de diseño básico de las torres lavadoras es proveer contacto entre la mezcla aire/gas, agua y químicos (si se emplean) para generar la oxidación de los compuestos olorosos. Los tipos principales de torres lavadoras se muestran en la Figura 1. En la mayoría de torres lavadoras de paso simple, como la mostrada en la Figura 2, el fluido de lavado (usualmente hipoclorito de sodio) es recirculado. Los líquidos más empleados para la oxidación del sulfuro de hidrógeno son hipoclorito, permanganato de potasio y soluciones de peróxido de hidrógeno. El hidróxido de sodio es también empleado en las torres lavadoras cuando las concentraciones de H2S son elevadas. Las reacciones típicas desarrolladas en las torres lavadoras con estos compuestos se muestran a continuación. Reacciones con Hipoclorito de Sodio. H2S + 4 NaOCl + 2 NaOH → Na2SO4 + 2H2O + 4NaCl (2-1) H2S + NaOCl → S0↓ + NaCl + H2O (2-2) La reacción (2-2) ocurre en paralelo con la (2-1), pero representa un 1% de la Reacción Principal (2-1)7. Reacciones con Permanganato de Potasio. 3 H2S + 2 KMnO4 → 3 S +2 KOH + 2 MnO2 + 2 H2O (pH Ácido) (2-3) 3 H2S + 8 KMnO4 → 3 K2SO4 +2 KOH + 8 MnO2 + 2 H2O (pH Básico) (2-4) Reacción con Peróxido de Hidrógeno. H2S + H2O2 → S0↓ + 2H2O pH < 8,5 (2-5)

7 LANTEC. H2S (HYDROGEN SULFIDE – SEWER GAS) ODOR CONTROL WET SCRUBBER DESIGN AND CHEMICAL CONSUMPTION USING Q-PAC®. www.lantecp.com.

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Figura 1. Sistemas típicos de Torres lavadoras Químicas para el Control de Olores. (a) Torre Empacada a Contracorriente. (b) Cámara de Absorción. (c) Lavador de Flujo Transversal.8

8 Imagen tomada de Metcalf y Eddy. INGENIERIA DE AGUAS RESIDUALES TRATAMIENTO, VERTIDO Y

REUTILIZACIÓN. Tercera Edición. Volumen II. Mc. Graw Hill. España 1995. Pág. 589.

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Figura 2. Torre lavadora típica en la que se emplea hipoclorito de sodio para tratar olores provenientes de los filtros percoladores de la planta de tratamiento de aguas residuales.9

Las torres lavadoras en donde se emplea hipoclorito de sodio pueden remover variedad de gases olorosos como lo son sulfuro de hidrógeno, Amoniaco, dióxido de azufre y mercaptanos. Las eficiencias típicas de remoción para torres lavadoras de una sola etapa se reportan en la Tabla 6. Fases Torres de Lavado PRIMERA FASE: El gas entra en contacto con el líquido. Finas gotas de líquido se esparcen sobre el empaque y éste a su vez se impregna de líquido en su superficie. SEGUNDA FASE: El gas atraviesa la zona de empaque y entra en contacto con el líquido en un área muy grande generada por el mismo empaque. TERCERA FASE: Los compuestos olorosos del gas se difunden en el líquido y los químicos disueltos en el líquido tales como hipoclorito y soda reaccionan con las sustancias olorosas.

9 Severn Trent Services. WET ODOR CONTROL SCRUBBER SYSTEMS. ESTTM.

www.severntrentservices.com.

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Tabla 6. Efectividad del hipoclorito de sodio en torres de lavado para remover gases olorosos.10 GAS Eficiencia de Remoción Esperada (%)

Sulfuro de Hidrógeno 98 Amoniaco 98 Dióxido de azufre 95 Mercaptanos 90 Otros Compuestos Oxidables. 70-90

ADSORBEDORES DE CARBÓN ACTIVADO. Figura 3. Sistema típico de carbón activado para el control de olores. (a) Representación esquemática, (b) instalación típica.11

a) b)

Los adsorbedores de carbón activado son comúnmente empleados para el control de olores (ver figura 3). La velocidad de adsorción para los diferentes constituyentes o compuestos dependerán de la naturaleza de éstos compuestos (si son polares o no polares). También esta adsorción depende de la concentración de hidrocarburos presentes en los gases olorosos, ya que éstos se adsorben primero que gases como el sulfuro de hidrógeno. Pues el carbón activado es no polar. Por este motivo el gas oloroso debe ser tratado antes de emplear el carbón activado para hacer un uso más efectivo de éste. Como el tiempo de vida del carbón activado es limitado, se debe regenerar. Esta regeneración incluye:

1. Oxidación química al material adsorbido. 2. Empleo de vapor para eliminar el material absorbido. 3. Solventes. 4. Procesos de conversión biológica.

10 METCALF Y EDDY. WASTEWATER ENGINEERING TREATMENT AND REUSE. FOURTH EDITION MC.

GRAW HILL. NEW YORK. 2003. Pág 1663. 11 Imagen tomada de Metcalf y Eddy. INGENIERIA DE AGUAS RESIDUALES TRATAMIENTO, VERTIDO Y

REUTILIZACIÓN. Tercera Edición. Volumen II. Mc. Graw Hill. España 1995. Pág. 590.

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Para conocer en detalle el proceso de regeneración se puede remitir a Metcalf12. PROCESOS CON TRATAMIENTO BIOLÓGICO EN LA FASE VAPOR. Los dos principales procesos biológicos empleados para el tratamiento de olores presentes en la fase vapor son:

Biofiltros Biofiltros Percoladores Bioscrubber

Biofiltros.

Los biofiltros son filtros de lecho empacado y los hay de tipo abierto y cerrado. Los gases a tratar se mueven a través del empaque en el biofiltro presentando dos procesos simultáneos: sorción (absorción / adsorción) y bioconversión. Los gases son absorbidos en la superficie de la biopelícula y la superficie del material de empaque. Los microorganismos principalmente bacterias, actinobacterias y hongos junto con el material de empaque, oxidan los gases y renuevan la capacidad de tratamiento del material de empaque. El contenido de humedad y la temperatura son condiciones ambientales importantes que tienen que ser mantenidas para optimizar la actividad de los microorganismos. En estas unidades de tratamiento se puede aplicar compost.

Biofiltros Percoladores Son en esencia iguales a los biofiltros, la diferencia radica en que la humedad es suministrada continuamente o intermitentemente por aplicación de líquido (efluente tratado) sobre el empaque. El líquido se recircula y frecuentemente se adicionan nutrientes. En este tipo de procesos parte del agua se pierde en el gas saliente del biofiltro, por lo tanto se debe suministrar una corriente de agua para reponer ésta pérdida. De igual forma se requiere de una corriente de purga ya que en el líquido se acumulan sales formadas en la unidad de tratamiento. El compost no es un material recomendado como empaque para los biofiltros percoladores porque el agua se acumula con el compost limitando el libre movimiento del aire en el filtro. Los materiales típicos de empaque son anillos Pall, anillos Raschig, rocas de lava y carbón activado.

Bioscrubber. Son torres de lavado que remueven el gas oloroso usando 2 etapas. La primera etapa se encuentra asociada a la absorción del gas oloroso y la segunda a la oxidación biológica del olor en el líquido13.

12 METCALF Y EDDY. WASTEWATER ENGINEERING TREATMENT AND REUSE. FOURTH EDITION MC.

GRAW HILL. NEW YORK. 2003. Pág 1138. 13 M. Syed, G. Soreanu, P. Falletta, M. Béland. REMOVAL OF HYDROGEN SULFUDE FROM GAS

STREAMS USING BIOLOGICAL PROCESSES-A REVIEW. Wastewater Technology Centre, Environment Canada, 867 Lakeshore Road, Burlingtonn, Ontario L7R 4ª6, Canadá. 2006.

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PROCESOS DE TRATAMIENTO BIOLÓGICO CONVENCIONAL. La capacidad de los microorganismos de oxidar el sulfuro de hidrógeno y otros compuestos olorosos disueltos en un líquido bajo condiciones aeróbicas es el concepto básico empleado para el tratamiento de olores en sistemas alcalinos. Los principales tipos de sistemas alcalinos empleados en las plantas de tratamiento de aguas residuales son los procesos de lodos activados y de filtrado con percolación. En los procesos de lodos activados, los compuestos olorosos son introducidos a un tanque de aireación. El mayor problema está en la alta corrosión generada por la presencia de humedad. Los filtros percoladores son los más empleados ya que evitan la liberación de compuestos olorosos a la atmosfera, y el control de estos olores es más adecuado. PROCESO TÉRMICO Tres técnicas de proceso térmico se pueden implementar:

1. Oxidación térmica: se emplea para oxidar los COV’s a temperaturas elevadas (800 a 1400 °C). Las variables más importantes que hay que considerar en un proyecto de un proceso de oxidación térmica son la temperatura de combustión y el tiempo de residencia, ya que son éstas las variables que determinan la eficiencia de destrucción de COV’s. Al margen de éstos parámetros, para una temperatura de combustión y tiempo de residencia fijos, la eficiencia de destrucción también se ve afectada por el grado de turbulencia o mezcla de la corriente de emisión y los gases de combustión a altas temperaturas dentro del incinerador.

2. Oxidación catalítica: el proceso de oxidación se da por medio de un catalizador a temperaturas entre 316°C y 427 °C. Un catalizador es una sustancia que aumenta la velocidad de reacción a una temperatura determinada sin sufrir cambios durante la reacción. Los catalizadores empleados son platino y paladio; también se usan otras especies como óxidos metálicos para las corrientes de gas que contienen cloro.

3. Oxidación térmica recuperativa y regenerativa: se emplea para reducir el consumo

de combustible por precalentamiento de aire entrante, especialmente en instalaciones grandes. Está compuesto de oxidantes regenerativos y recuperativos. Los oxidantes recuperativos son tubos delgados empleados para transferir el calor recuperado de gas de los reactores anaeróbicos. Los oxidantes regenerativos usados son empaques cerámicos que capturan el calor del gas caliente y posteriormente lo liberan al aire entrante. Para mantener una optima recuperación de calor, el gas de los reactores anaeróbicos (Metano, dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno y agua) y aire entrante son llevados a través del material de empaque por ciclos.

De estas tecnologías se escogió la torre de absorción acoplada a un biofiltro ya que este sistema produce la mayor eficiencia a un costo inferior como lo recomienda el experto en

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diseño de sistemas de control de olores Ignacio Rodríguez14. El proceso de lavado químico es muy eficiente y tiene algunas ventajas por la remoción y la velocidad de reacción con el acido sulfhídrico. Para conocer más a afondo de ventajas, desventajas y algunos costos de los diferentes sistemas de tratamiento remítase al ANEXO 1. El proceso de adsorción en carbón activado es muy bueno pero el cambio ó la regeneración del carbón activado es muy costosa, por consiguiente no se tiene en cuenta este proceso. El proceso de oxidación térmica resulta demasiado costoso por las temperaturas tan elevadas lo que implica un alto consumo de energía o de combustible, por esta razón este proceso se descarta. El proceso de oxidación catalítica también trabaja a unas elevadas temperaturas por lo que el consumo energético es alto, los catalizadores empleados para este proceso que son platino y paladio, son muy costosos y no se producen en el país, por lo que habría que importarlos. Por estas dos razones no se tuvo en cuenta este proceso. El sistema oxidativo regenerativo, aunque usa los gases combustibles que salen del reactor anaeróbico y al quemarlos aprovecha su energía para calentar el relleno cerámico que tiene la unidad regenerativa, resulta costoso por su operación a altas temperaturas y por el sistema de control para los cambios de corrientes (ciclos). Por esta razón no se opta por este proceso. 2.2. SELECCIÓN Y DISEÑO DE LAS INSTALACIONES PARA EL CONTROL DE

OLORES. De los anteriores procesos de tratamiento de olores, el más económico para tratar los olores más impactantes que produce la planta, es el de absorción con lavado químico, en serie con un biofiltro, este proceso garantiza una remoción de mínimo 98%15, que lo hace atractivo para su implementación. Los siguientes pasos se emplean para la selección y diseño de las instalaciones para el tratamiento y control de olores:

1. Especificar las características y el volumen de gas a tratar. 2. Definir los requerimientos para el gas a tratar. 3. Evaluar las condiciones climáticas y atmosféricas. 4. Seleccionar los puntos para el control de olores.

El requerimiento de área de las unidades seleccionadas para el diseño se tratará en el numeral 3.

14 Ignacio Rodríguez. Consultor. MAGISTER EN INGENIERIA QUIMICA. Universidad Nacional de Colombia.

Sede Bogotá. 15 METCALF Y EDDY. WASTEWATER ENGINEERING TREATMENT AND REUSE. FOURTH EDITION MC.

GRAW HILL. NEW YORK. 2003. Page. 1663. Table 15-11.

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2.2.1. CONSIDERACIONES DE DISEÑO PARA LAS TORRES DE LAVADO QUÍMICO (SCRUBBERS).

En la figura 4 se puede observar una torre de lavado químico.

Figura 4. Unidad Típica de Torres Lavadoras16.

Los factores de diseño para las torres de lavado químico se presentan en la Tabla 7.

Tabla 7. Factores de diseño típicos para las torres de lavado químico17.

Ítem Unidades Valor Profundidad del Empaque m 1,8 – 3 Tiempo de Residencia del gas en el Empaque.

s 1,3 – 2,0

Velocidad de Flujo del Líquido en la Torre de Lavado.

kg H2O/ kg aire 1,5 – 2,5

L/s por m3/s de aire 2 – 3

Flujo de Agua de Reposición.

L/s por kg de sulfuro a pH 11 0,075 L/s por kg de sulfuro a pH 12,5 0,004

pH Sin unidades 11 - 12,5 Temperatura ºC 15 – 40 Cantidad de Soda Cáustica Kg NaOH / kg de sulfuro 2 – 3

16 Imagen Tomada de METCALF Y EDDY. WASTEWATER ENGINEERING TREATMENT AND REUSE.

FOURTH EDITION MC. GRAW HILL. NEW YORK. 2003. Pág.1668. 17 Ídem. Pág. 1669.

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2.2.2. CONSIDERACIONES DE DISEÑO PARA EL CONTROL DE OLORES EN LOS BIOFILTROS.

Las consideraciones importantes de diseño para los biofiltros incluyen:

1. El tipo y composición del material de empaque. 2. Instalaciones para la distribución del gas. 3. Mantenimiento de la humedad en el biofiltro. 4. Control de temperatura.

MATERIAL DE EMPAQUE Los requerimientos para el empaque empleado en biofiltros son:

1. Porosidad suficiente y tamaño de partícula uniforme. 2. Partículas con áreas superficiales largas y capacidades significativas de pH

amortiguador. 3. Soportar amplias poblaciones de microflora.

Los materiales de empaque empleados en los biofiltros incluyen compost, turba y una variedad de medios sintéticos. Aunque la arena y la tierra han sido usados en el pasado, son ahora menos usados por la excesiva perdida de cabeza o caída de presión y problemas de obstrucción. Los materiales usados como agente de carga para mantener la porosidad del compost y de la turba incluyen perlita y espuma de poliestireno, trozos de madera, corteza, y variedad de materiales cerámicos y plásticos. Una fórmula típica para el compost según Schroeder18 seria:

Compost: 50 % en volumen. Agente de Carga: 50 % en volumen. 1 miliequivalente de CaCO3 /g de material de empaque por peso.

Las características físicas óptimas del material de empaque incluyen un pH entre 7 y 8, porosidad entre el 40% y el 80 %, y contenido de materia orgánica de 33% a 55%. Cuando se emplea compost se debe adicionar periódicamente más compost ya que éste se pierde por conversión biológica. Las profundidades del lecho usualmente empleadas son de 1,8 m.19 DISTRIBUCIÓN DE GAS. Una característica importante para el diseño de un biofiltro es el método usado para introducir el gas a tratar. El sistema de distribución más comúnmente usado incluye:

18 Schroeder, E.D. Personal Communication, Department of Civil and Environmental Engineering, University of

California at Davis, Davis. 19 METCALF Y EDDY. WASTEWATER ENGINEERING TREATMENT AND REUSE. FOURTH EDITION MC.

GRAW HILL. NEW YORK. 2003. Page 1671.

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1. Tuberías Perforadas. 2. Sistemas de drenado prefabricados. 3. Plenums.

Las tuberías perforadas son usualmente colocadas debajo del lecho de compost. Cuando se emplean tuberías perforadas es importante la selección del tamaño para mantener una distribución uniforme. Los sistemas de drenado prefabricados logran mover el gas a través del lecho del compost. Los plenums son empleados para igualar la presión de aire para lograr un flujo uniforme en el lecho. CONTROL DE HUMEDAD. Quizás el ítem más crítico en la operación del biofiltro es el de mantener una humedad en el lecho del filtro. Si el contenido de humedad es muy bajo, la actividad biológica será menor. Si el contenido de humedad es elevado, el flujo de aire será restringido y se pueden desarrollar condiciones anaeróbicas en el lecho. El contenido de humedad óptimo debe estar entre 50% y 65 % y se define como se muestra en la Ecuación (1).

100sec

%

oempaquedemasaaguademasa

aguademasaHumedaddeContenido (1)

La humedad puede ser suministrada por adición de agua en la cima del lecho. En biofiltros percoladores la velocidad de aplicación de líquido es típicamente de 0,75 a 1,25 m3/m2-dia. CONTROL DE TEMPERATURA. El rango de operación de temperatura para los biofiltros está entre 15°C y 45°C, con un rango óptimo entre 25°C y 35°C. En climas fríos los biofiltros tienen que ser aislados y el gas entrante calentado. DISEÑO Y PARÁMETROS DE OPERACIÓN PARA LOS BIOFILTROS. El tamaño de los biofiltros se basa fundamentalmente en el tiempo de residencia del gas en el lecho, la unidad de carga de flujo de aire, y la capacidad de eliminación. Los parámetros y definiciones encontrados en la literatura se resumen en la Tabla 8. El tiempo de residencia de lecho vacio EBRT (Ecuación (2)), es empleado para definir la relación entre el volumen del contactor y el flujo volumétrico del gas. El verdadero tiempo de residencia es determinado por incorporación de la porosidad (ver Ecuación (3)). Las velocidades de carga másica volumétrica y superficial son usualmente empleadas para definir la operación de los filtros. La capacidad de eliminación, como se muestra en la Ecuación (9), es usada para comparar la caracterización de diferentes sistemas de control de olores.

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Tabla 8. Parámetros empleados para el diseño y análisis de Biofiltros20. Parámetro. Definición.

Q

VEBRT f (2)

EBRT = Tiempo de Residencia del lecho Vacio, h. Vf =Volumen Total del Lecho del filtro, m3. Q = Velocidad de Flujo Volumétrico, m3/h. RT = Tiempo de Residencia Actual en el Filtro, h, min, s. α = Porosidad del Filtro. SLR = Velocidad de Carga Superficial, m3/m2-h. Af = Área Superficial del Lecho, m2. SLRm = Velocidad de Carga Superficial Másica. CO = Concentración del gas afluente, g/m3. VLR = Velocidad Volumétrica de Carga, m3/m3-h. VLRm = Velocidad Volumétrica de Carga, m3/m3-h. RE = Eficiencia de Remoción. EC = Velocidad de Eliminación (Capacidad), g/m3-h. Ce = Concentración del Gas Efluente, g/m3.

Q

VRT f

(3)

FA

QSLR (4)

F

Om A

CQSLR

(5)

FV

QVLR (6)

F

Om V

CQVLR

(7)

100

O

eO

C

CCRE (8)

f

eO

V

CCQEC

(9)

20 Ídem. Pág. 1673

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Tabla 9. Factores de Diseño Típicos para Biofiltros21.

Ítem Unidades Tipo de Biofiltro

Biofiltro Biofiltro

Percolador Concentración de Oxígeno Partes de

O2/partes de gas oxidable.

100 100

Humedad Compost % 50-65 50-65 Medio sintético

% 55-65 55-65

Temperatura Óptima ºC 25-35 25-35 pH Sin Unidades 6-8 6-8 Porosidad % 35-50 35-50 Tiempo de Residencia de Gas

S 30-60 30-60

Profundidad del Medio m 1-1,25 1-1,25 Concentración del Gas Oloroso de entrada

g/m3 0,01-0,5 0,01-0,5

Velocidad de Carga Superficial

m3/m2-h 10-100 10-100

Velocidad de Carga Volumétrica.

m3/m3-h 10-100 10-100

Velocidad de aplicación de Líquido

m3/m2-día --------- 0,75-1,25

Velocidad de Eliminación (Capacidad)

H2S (en compost)

g/m3-h 80-130 80-130

Otros gases olorosos (metilamina, mercaptanos, amoniaco).

g/m3-h 20-100 20-100

Contrapresión, máxima mm de H2O 50-100 50-100 2.3. BACTERIAS EMPLEADAS EN EL COMPOST DE LOS BIOFILTROS. Las bacterias deseables para el proceso en los biofiltros son aquellas que convierten el sulfuro de hidrógeno (H2S) en azufre elemental (S0). Las características básicas del proceso son:

Capacidad confiable de conversión del H2S a S° con un aporte mínimo de nutrientes.

Fácil separación de S° de la biomasa.

21 Ídem. Pág. 1674

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BACTERIAS FOTOAUTÓTROFAS. Son bacterias que por medio de la luz oxidan el sulfuro de hidrógeno, las bacterias asociadas a este proceso se conocen como bacterias verdes del azufre. La reacción global de la reacción en la que se oxida el ion sulfuro a azufre elemental se muestra a continuación:

2nH2S + nCO2 + Luz → 2nS + n(CH2O) + nH2O (2-6) BACTERIAS QUIMIOTROFAS. Estas bacterias crecen y producen nuevo material celular empleando dióxido de carbono como fuente principal de energía para oxidar el sulfuro de hidrógeno. La biodegradación del H2S por bacterias quimiotrofas ocurre en condiciones aeróbicas con O2 como receptor de electrones o en condiciones anaeróbicas con receptores de electrones alternativo (por ejemplo nitrato). La reacción que se muestra a continuación es cuando se da en condiciones aeróbicas.

H2S + CO2 + nutrientes + O2 + Quimiotrofas → células + S ó SO4-2 + H2O (2-7)

En la Tabla 10 se resumen las características de algunos microorganismos implicados en la degradación de sulfuro de hidrógeno y otros compuestos azufrados.

Tabla 10. Características de Algunos Microorganismos22.

Condiciones Thiobacillus ferrooxidans

Thiobacillus thiooxidans

Thiobacillus novellus

Thiobacillus thioparus

Thiobacillus denitrificans

Rango pH para Crecimiento

---- 0,5–6,0 5,7-9 5-9 ---

pH óptimo 1,3-4,5 2,0-3.5 7,0 7,5 6,8-7,4 Rango de Temperatura de Crecimiento (ºC)

10-37 10-37 10-37 --- ---

Temperatura óptima (ºC)

30-35 28-30 30 28 28-32

Tipo de Célula Gram-negativa Gram-negativa Gram-negativa Gram-negativa

Gram-negativa

Ejemplos de Fuente de Energía. Ión ferroso y

compuestos de azufre

reducidos.

Sulfuro de hidrógeno,

politionatos, azufre

elemental

Sulfuro de hidrógeno,

metil mercaptano,

sulfuro de dimetilo,

disulfuro de dimetilo

Tiosulfato, sulfuro

Tiosulfato, tetratoniato, tiocianato,

sulfuro, azufre elemental.

Requerimiento de oxígeno

Facultativa, anaerobia

Estrictamente aerobia

Estrictamente aerobia

Estrictamente aerobia

Facultativa, aerobia

22 Tomado de M. Syed. G. Soreanu, P. Falleta, M. Bérland. REMOVAL OF HYDROGEN SULFIDE FROM

GAS STREAMS USING BIOLOGICAL PROCESSES-A REVIEW. Canada.2006.

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2.4. INTRODUCCIÓN A LA CORROSIÓN. La corrosión puede definirse como el deterioro de un material por la acción química o electroquímica del ambiente que lo rodea. En el aspecto químico están incluidos todos aquellos casos en los que el metal reacciona con un medio no – iónico; es denominada corrosión química o seca y aparece principalmente a temperaturas elevadas, por ejemplo, en gases de combustión. La corrosión electroquímica se produce con un transporte simultáneo de electricidad a través de un electrolito. A este importante grupo pertenecen: la corrosión atmosférica, la corrosión en soluciones salinas y agua de mar, la corrosión en solucionas ácidas la corrosión en suelos, etc. 2.4.1. POR QUÉ SE CORROEN LOS METALES. La mayoría de los metales se encuentran en la naturaleza como compuestos químicos en forma de óxidos, hidróxidos y sulfuros. Estos compuestos químicos son el estado de energía de cada metal y por consiguiente su forma más estable. El metal se extrae del mineral por medio de reducción y con aportación de calor ó energía. Por lo tanto, el metal acabado tiene un estado de energía mayor que su equivalente “natural”. Una vez extraídos y expuestos al ambiente, estos mismos metales debido a su gran energía almacenada tienden a retornar espontáneamente a su estado original; es por tanto muy natural que la composición química del producto de corrosión (herrumbre, orín, etc.) sea a menudo, prácticamente la misma que la del mineral del cual se ha extraído el metal. EJEMPLO:

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Algunos otros metales se encuentran naturalmente en estado puro, como por ejemplo: el oro, el platino, la plata, etc, llamados metales nobles; estos metales tienen una gran resistencia a la corrosión debido a su poca tendencia a combinarse químicamente. La termodinámica es una gran herramienta en corrosión porque permite predecir si una reacción puede ocurrir o no, pero el estudio cinético es el más significativo porque establece la vida útil de un material metálico. De este modo en corrosión además del aspecto termodinámico, se estudia la velocidad con que se deterioran los metales y las formas de disminuir y controlar esas velocidades de corrosión. Esta reducción de los metales se ve acelerada por la presencia de sulfuro de hidrógeno característico de las plantas de tratamiento de agua residual y que libera iones hidrógeno (H+), el mecanismo se presenta en la siguiente sección. 2.4.2. MECANISMO BÁSICO DE LA CORROSIÓN. Todo proceso de corrosión electroquímica conlleva la formación de una celda de corrosión o celda galvánica. Para que una celda de corrosión funcione deben existir las siguientes condiciones:

1. Un ánodo y un cátodo. 2. Una diferencia de potencial eléctrico entre el ánodo y el cátodo. Esta diferencia de

potencial puede resultar de una variedad de situaciones, tales como:

a) Presencia de metales diferentes. b) Pequeñas diferencias en la composición química en diferentes puntos o zonas

sobre una superficie metálica. c) Imperfecciones, rugosidades e impurezas sobre la superficie metálica. d) Presencia de bacterias sulfato-reductoras. e) Tensiones residuales resultantes de los procesos de fabricación.

3. Conexión eléctrica entre el cátodo y el ánodo (normalmente esta puede ser la

misma estructura metálica). 4. El ánodo y el cátodo deben estar sumergidos o en presencia de un electrolito

eléctricamente conductor, el cual esta ionizado. La humedad de la atmósfera y del suelo normalmente satisfacen esta condición.

Conseguidas estas condiciones la corriente eléctrica fluirá y los metales serán consumidos en el ánodo. La figura 5 muestra una celda de corrosión para un metal ferroso.

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Figura 5. Celda de Corrosión para un metal ferroso23.

Figura 6. Curva de polarización del hierro en solución ácida, a pH= 0 y conteniendo 0.01 mol/litro de iones ferrosos24.

‐6 ‐5 ‐4 ‐3 ‐2 ‐1 0

E Corr

0

‐0,8

eHH 222

eFeFe 2

222 HeH

FeeFe 2

Log I (Am/cm2)

E (V)

corri

Considerando la corrosión del hierro en solución ácida, las reacciones de equilibrio serán:

FeeFe 2 (2-8)

222 HeH (2-9) Durante la corrosión la reacción del hierro procede hacia la izquierda y la del hidrógeno hacia la derecha. La figura 6 representa la curva de polarización para una solución ácida de pH = 0, que contiene 0,01 mol / litro de iones ferrosos.

23 Imagen Tomada de Ing. G Vila C. F. Preston. A. Valencia. J. Fonseca. R. Rueda. CORROSIÓN

ELECTROQUÍMICA MECANISMOS Y MÉTODOS DE CONTROL TOMO I. Universidad Nacional de Colombia. Departamento de Ingenieria Química. Publicaciones. 1990. Pág 2.

24 Ing. G Vila C. F. Preston. A. Valencia. J.Fonseca. R. Rueda. CORROSIÓN ELECTROQUÍMICA

MECANISMOS Y MÉTODOS DE CONTROL TOMO II. Universidad Nacional de Colombia. Departamento de Ingeniería Química. Publicaciones. 1990. Pág. 258.

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3. CRITERIOS Y MECANISMOS PARA EL CONTROL DE OLORES Y CALIDAD DEL AIRE.

En esta sección se desarrolla los cálculos para el diseño de tratamiento de olores para la futura planta de tratamiento PTAR Canoas. De acuerdo a la información suministrada por el acueducto la estación de bombeo en el punto de captación de las aguas residuales (Fase I) para la futura planta PTAR Canoas estará conformada por 6 bombas centrífugas de 5,5 m3/s, 4 bombas en una etapa y 2 en otra. Como criterio de diseño se debe construir por cada bomba en funcionamiento una unidad de tratamiento de olores como lo sugiere Ignacio Rodríguez25. A continuación se desarrollará una muestra de cálculo del diseño general, éste corresponde únicamente a una unidad de tratamiento de olores. Para el presente diseño se necesitan 6 unidades de las diseñadas a continuación. 3.1. DISEÑO PARA EL CONTROL DE OLORES EN LA FUTURA PLANTA DE

TRATAMIENTO PTAR CANOAS (Caudal de Tratamiento Máximo de 28 m3/s) Para el diseño de tratamiento de olores se tendrá en cuenta la Fase I de la futura PTAR Canoas y el punto en el cual se genera la mayor turbulencia de las aguas, pues las operaciones que generen turbulencia son las que generan mayor emisión de olores, por lo tanto el punto de captación es uno de los más importantes y es allí donde se deben tratar los olores de la Fase I. 3.1.1. DISEÑO VENTILADORES. Se diseñarán dos (2) ventiladores para el sistema de tratamiento de olores de la futura PTAR Canoas. Se escoge un ventilador centrífugo para llevar los gases generados en la estación de bombeo a las unidades de olores, y previo a cada unidad se instala otro ventilador de menor tamaño, pues a diferencia de otros ventiladores, los ventiladores centrífugos se emplean para transportar gases en ductos26. Además éstos permiten transportar gases generando bajas caídas de presión. Para el diseño del ventilador se empleará el manual práctico de ventilación de Salvador Escoda27.

25 Ignacio Rodríguez. Consultor. MAGISTER EN INGENIERIA QUIMICA. Universidad Nacional de Colombia. Sede Bogotá. 26 Robert H. Perry. Don W. Green. James O. Maloney. PERRY MANUAL DEL INGENIERO QUÍMICO. Sexta Edición Tomo II. Editorial Mc. Graw Hill. México. 1995. Página 6-22. 27 Salvador Escoda S.A. MANUAL PRÁCTICO DE VENTILACIÓN. Segunda Edición. Barcelona.

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VENTILADOR 1 La estación de bombeo donde se captará el agua a tratar debe estar confinada de tal manera que los olores emitidos puedan ser succionados por el ventilador centrífugo. El flujo de Aire a tratar en el ventilador se determina por medio de comparación de parámetros como lo indica el manual de ventilación (Salvador Escoda), es decir, se debe conocer un tamaño de ventilador y el caudal de aire que éste maneja para estimar las dimensiones del nuevo ventilador, la ecuación empleada es la siguiente:

3

00

r

rVV D

DQQ (10)

Donde: QV0: Flujo de Referencia. QV: Flujo de Aire a Determinar. Dr0: Diámetro Ventilador de Referencia. Dr: Diámetro Ventilador. Como patrón de referencia se tomaron los valores de un ventilador ya dimensionado que pertenece a la futura ampliación de la PTAR el Salitre mencionados en el producto No 5 dentro del marco del contrato No 2-202-26100-0159-2010 que tiene como objeto “Realizar el Levantamiento de la Línea Base Ambiental de Calidad del Aire en la PTAR Salitre para las Unidades de Tratamiento Existentes y las Proyectadas para su Ampliación y Tratamiento Secundario”. Las dimensiones de referencia del ventilador se muestran en la Tabla 11.

Tabla 11. Dimensiones de Referencia para calcular el Tamaño del Ventilador28 PARÁMETRO VALOR

Caudal Máximo a Tratar Ampliación (m3/s)

14

Caudal Total de Aire a Tratar (m3/h)

55440

Diámetro del Ventilador para transportar el aire a tratar a las unidades de tratamiento

1003,45 mm

Sobrepresión (Pa) 585,28

28 AIR CLEAN SYSTEMS S.A. CRITERIOS TÉCNICOS, RECOMENDACIONES Y ESPECIFICACIONES

GENERALES DE DISEÑO DE LOS MECANISMOS Y SISTEMAS DE CONTROL DE EMISIÓN DE OLORES Y CALIDAD DEL AIRE, ASÍ COMO LA POSIBLE UBICACIÓN DE LAS UNIDADES INCLUIDAS EN EL PROCESO DE AMPLIACIÓN DE LA PTAR SALITRE. Producto 5 (Informe ACS ICON 100) Contrato 2-02-26100-0159-2010. Pág. 79.

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El valor de caudal de aire a tratar se calcula de acuerdo a los valores encontrados en la literatura29 y se puede estimar de acuerdo al valor de materia orgánica que se tiene planteado tratar en la futura PTAR Canoas dada como DBO5 (Demanda Bioquímica de oxígeno). De acuerdo a la información de HMV Ingenieros30, la carga de materia orgánica expresada como DBO5 es de 416 Ton/día que son equivalentes a:

año

Ton

año

días

día

TonSST CANOASPTAR 151840

1

365416

El valor más cercano encontrado en la literatura se muestra en la Tabla 12 dando como resultado un Flujo de Aire a Tratar de 46800 m3/h que se tomará como base para el cálculo de diseño general de los equipos para el tratamiento de olores de la futura PTAR Canoas.

Tabla 12. Flujo de Aire a Tratar Dependiendo de la Carga Orgánica de la Planta.31 Planta Campaña Carga Orgánica (Ton/año) Flujo de Aire a Tratar (m3/h)

12 a y b 150000 46800 Empleando el diámetro de referencia, el caudal de aire de referencia y la ecuación (10), se tiene que el diámetro estimado para transportar el aire a tratar en las unidades de tratamiento de olores es:

mmmm

h

mh

m

DQ

QD r

V

Vr 35,94845,1003

55440

468003/1

3

3

0

3/1

0

La presión del ventilador se calcula con la siguiente ecuación:

2

00

r

rFF D

DPP (11)

Donde: PF: Presión del Ventilador. PF0: Presión Ventilador de Referencia

29 Selena Sironi. Laura Capelli. Paolo Céntola. Renato Del Rosso. Massimiliano il Grande. ODOUR EMISSION

FACTORS FOR ASSESSMENT AND PREDICTION OF ITALIAN RENDERING PLANTS ODOUR IMPACT. Chemical Engineering Journal. ELSEVIER. 2006.

30 HMV INGENIEROS. PREDIMENSIONAMIENTO PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

CANOAS. Producto 7. Contrato 1-02-26100-806-2006. Cuadro 2-5. Página 24. 31 Selena Sironi. Laura Capelli. Paolo Céntola. Renato Del Rosso. Massimiliano il Grande. ODOUR

EMISSION FACTORS FOR ASSESSMENT AND PREDICTION OF ITALIAN RENDERING PLANTS ODOUR IMPACT. Chemical Engineering Journal. ELSEVIER. 2006. Tabla 3.

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La presión del ventilador diseñado es entonces:

Pammmm

mmPaPF 77,522

45,1003

35,94828,585

2

VENTILADOR 2 El segundo ventilador se calcula para la previa entrada del gas a tratar al sistema de olores, que para el caso son 6 unidades de tratamiento. Entonces el flujo de aire que manejará cada ventilador será de:

h

mh

m

QV3

3

78006

46800

Empleando la ecuación (12) se obtiene el diámetro del ventilador, entonces:

mmmm

h

mh

m

DQ

QD r

V

Vr 90,52145,1003

55440

78003/1

3

3

0

3/1

0

La sobrepresión del ventilador entonces será:

Pamm

mmPa

D

DPP

r

rFF 32,158

45,1003

90,52128,585

22

00

3.1.1.1. Cálculo Caída de Presión en Ducto de Transporte de H2S del punto de

captación a las unidades de Tratamiento de Olores. Para la selección del diámetro de la tubería de transporte del aire a tratar y verificar las caídas de presión generadas por el ventilador, se emplean ecuaciones de fluidos compresibles, la forma de cálculo se desarrollará como lo sugiere J. Spinel32. Se supone un flujo isotérmico, pues durante el recorrido del aire a tratar a las torres lavadoras no hay ningún tipo de reacción que genere cambios de temperatura, por lo tanto flujo isotérmico es una buena suposición. Las ecuaciones planteadas por Spinel son:

32 I.Q. J. Spinel. NOTAS DE CLASE DEL CURSO DE TRANSFERENCIA DE FLUIDOS, SOBRE PROCESOS DE FLUJO DE FLUIDOS COMPRESIBLES. Universidad Nacional de Colombia. Departamento de Ingeniería Química. Bogotá. Mayo. Año 2001.

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Lrg

fG

P

PLn

g

G

TR

PP

Hcb

a

c

ba

22

222

(12)

cteG Aire (13)

44

2t

t

tH

D

D

Dr

(14)

2

4

t

V

t

V

D

Q

A

Q

(15)

Donde: Pa: Presión a la Entrada del ducto en Pa. Pb: Presión de Salida del ducto en Pa. R : Constante del Aire a Tratar en m2/s2-K. T: Temperatura del Aire a Tratar en K. G: Constante. ρ: Densidad del Aire a Tratar en kg/m3. : Velocidad del Aire a Tratar en m/s. gc: Constante de 1 kg-m/s2-N rH: Radio Hidráulico en m. Dt: Diámetro de Ducto en m. L: Longitud del ducto a emplear en m At: Área del ducto en m2. f: factor de fricción del ducto. Como se puede observar en la Figura 7, el cuadro marcado en rojo indica la ubicación de la estación de Bombeo que captará las aguas del río Bogotá. Los círculos azules de la Figura 7 muestran las posibles áreas que se podrían emplear para la ubicación de las unidades de tratamiento de olores. Se seleccionará como área para la ubicación de las unidades de tratamiento de olores la marcada como número 1 ya que ésta debe estar lo más cerca posible a la estación de bombeo. Adicionalmente este punto se encuentra cercano a las unidades de desarenación que son unidades que generan bastantes olores por la turbulencia que presentan las aguas en este punto de la futura PTAR y por tanto es más fácil el transporte de los gases olorosos de este punto a las unidades de tratamiento de olores en materia de longitud de ducto a emplear para dicho transporte. La longitud de la tubería para transportar el aire a tratar es de aproximadamente 50 m de la zona de estación de bombeo a la zona disponible al tratamiento de olores según el plano suministrado por la interventoría (ANEXO 2). Sin embargo esta ubicación de las unidades de tratamiento de olores está sujeta a cambios, pues solo se conocerá hasta que se desarrolle el diseño de detalle de la futura PTAR Canoas.

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Figura 7. Ubicación de las unidades para el Tratamiento de Olores.

La densidad del aire a tratar se puede calcular con la ecuación (16).

TR

MMP AireatmAire

(16)

Donde: ρAire: Densidad del Aire a Tratar en kg/m3. Patm: Presión Promedio de Soacha de 560 mmHg33. MM Aire: Masa Molecular Promedio del Aire a Tratar de 28.9734. R: Constante universal de los gases con valor de 62.63 mm Hg-L/mol-K T: Temperatura del Aire a tratar de 288 K35. Entonces la densidad del aire es:

33 Secretaria Distrital de Ambiente. INFORME MENSUAL DE CALIDAD DEL AIRE DE BOGOTÁ. Red de Monitoreo de Calidad del Aire de Bogotá D.C. Enero 2007. 34 METCALF Y EDDY. WASTEWATER ENGINEERING TREATMENT AND REUSE. Fourth Edition Mc. Graw Hill. New York. 2003. Physical Constans. 35 Ídem.

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33

899,01

1000

1000

1899,0

28863,62

97,28560

m

kg

m

L

g

kg

L

g

KKmol

LmmHgmol

gmmHg

Aire

El cálculo de la constante del aire a tratar se calcula como.

Ks

m

L

m

kg

g

atm

Pa

Kg

atmL

gmol

gKmol

atmL

MM

RR

Aire

2

23

75,2861000

1

1

1000

1

10132500283,0

97,28

082,0

El factor de fricción f depende de un número adimensional conocido como el número de Reynolds (Re). El número de Reynolds se calcula como se muestra en la ecuación (17)

Aire

AiretD

Re (17)

Donde: µ: Viscosidad del Aire a Tratar de 1,2 x 10-5 Pa-s36. Se realiza una evaluación de Re a diferentes diámetros entre 0,7 m y 1,2 m (Gráfico 1), pues diámetros más grandes serian más costosos e inviables en el diseño. Más adelante se escogerá el diámetro entre este rango evaluado y se fundamentará su selección.

Gráfico 1. Número de Reynolds a Diferentes Diámetros de Ducto para la futura PTAR Canoas.

4,00E+04

6,00E+04

8,00E+04

1,00E+05

1,20E+05

1,40E+05

1,60E+05

1,80E+05

2,00E+05

2,20E+05

0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9

Número de Reynolds

Diámetro Ducto (m)

Re en función de Dt

36 McCabe. OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUÍMICA. Cuarta Edición. Editorial Mc. Graw Hill.

España. 1996. Apéndice 9.

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Se puede observar que el número de Reynolds se encuentra en un orden de 105. Por lo tanto el factor de fricción f se puede determinar con el Diagrama de Moody37, este diagrama relaciona el factor de fricción con el número de Reynolds a determinados materiales de tubería, para el caso se supondrá tubería lisa pues las instalaciones son nuevas. Empleando el diagrama se obtiene un factor de fricción de 0,017. La presión a la salida del ventilador se calcula con la sobrepresión del ventilador y la presión atmosférica como lo indica la ecuación (18)

atmFa PPP (18)

Entonces:

PammHg

PammHgPaPa 30,75183

760

10132556053,74660

Con todos los cálculos anteriormente realizados, se puede resolver la ecuación (12) a diferentes diámetros de ducto y el resultado se observa en el Grafico 2. Gráfico 2. Caída de Presión a Través del Ducto de Recolección de Aire a Tratar para el Sistema de Tratamiento Instalaciones de la futura PTAR Canoas.

0123456789

10111213

0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9

Delta P (cm

 H2O)

Diámetro Ducto (m)

Caída de Presión a Traves del Ducto de Recolección

De acuerdo al Gráfico 2 se escoge un diámetro del ducto de recolección de 1,0 m pues con éste valor no se generan grandes caídas de presión.

37 C. Potter. MECÁNICA DE FLUIDOS. Tercera Edición. Editorial Thomson. México. 2002. Página 272. Figura

7.13.

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3.1.2. DISEÑO DE UN SISTEMA LAVADOR. REQUERIMIENTOS QUÍMICOS PARA EL LAVADO DE LOS OLORES. El sulfuro de hidrógeno H2S, es lavado de una corriente gaseosa empleando hipoclorito de sodio y soda cáustica y agua para las siguientes condiciones:

1. Velocidad de Flujo de la corriente a tratar. 2. Concentración de H2S en la corriente a tratar. Se toma un valor de concentración típica de sulfuro de hidrógeno recomendada por Hvited – Jacobsen T38 de 10 ppm equivalentes a 13,9 mg/m3. Ésta es una concentración promedio de una PTAR que se empleará para el cálculo de diseño de las unidades de tratamiento de olores. Se toma un valor de concentración de referencia pues sólo hasta que se posea el diseño de detalle de las unidades de tratamiento de la futura PTAR Canoas se podrá realizar un cálculo más fino de éstas emisiones.

3. Peso Específico del Aire.

El peso específico se calcula como el inverso de la densidad, y se calcula con la siguiente ecuación:

MMP

TRAiredelEspecíficoPeso

Aire

1 (19)

Donde: P: Presión del Aire MM : Peso Molecular del Aire (28,97). R: Constante Universal de los Gases. T: Temperatura del Gas. Entonces el peso específico del aire a las condiciones medias de temperatura y presión de Soacha (560 mmHg y 15°C) sería:

g

L

mol

gmmHg

KKmole

LmmHg

AiredelEspecíficoPesoAire

1118,1

97,28560

1527363,621

38 Hvitved – Jacobsen T. Vollertsen J. Yongsiri C. Nielsej A.H. Abdul – Talib S. SEWER MICROBIAL

PROCESSES, EMISSIONS AND IMPACTS. Aalborg University – Department of Envirnmental Engineering. Denmark. 2002. Page 6.

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4. La densidad del aire a condiciones de 560 mm Hg y 15°C es:

38994,08994,0

1118,1

11

m

kg

L

g

g

LAiredelEspecíficoPesoAire

5. Se toma una relación de líquido a gas de 1,75, este valor se toma como lo sugiere

Metcalf39, lo importante es que esta relación se encuentre entre 1,5 y 2,5 como se observa en la Tabla 7.

6. Densidad de 1,52 kg/L para una solución de NaOH al 50 %. Se toma éste

porcentaje de soda concentrada ya que la manipulación de la soda en escamas o en perlas es muy complicada y de mucho riesgo. La solución de soda al 50% se puede conseguir a nivel comercial, evitando la manipulación para diluir la soda en escamas ó perlas ya que es un proceso muy exotérmico y por consiguiente de mucho riesgo.

PASOS DEL DISEÑO.

1. Determinar el volumen ocupado por un mol de aire a tratar a la temperatura de 15°C y una presión de 560 mmHg.

P

TRnV

(20)

Donde: V: Volumen de Aire a Tratar n: 1 mol de Aire a Tatar. R: Constante Universal de Gases. T: Temperatura del Aire a Tratar. P: Presión del Aire a Tratar.

LmmHg

KKmol

LmmHgmol

V

21,32

560

1527363,621

2. Estimar el requerimiento de hipoclorito de sodio.

La reacción general es:

H2S + 4 NaOCl + 2 NaOH → Na2SO4 + 2H2O + 4NaCl (3-1) Para determinar la cantidad de hipoclorito de sodio como se observa en la reacción (3-1), es necesario inicialmente encontrar la cantidad de H2S a tratar por día, pues

39 METCALF Y EDDY. WASTEWATER ENGINEERING TREATMENT AND REUSE. FOURTH EDITION MC. GRAW HILL. NEW YORK. 2003. Pág.1669. Table 15-12.

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éste es reactivo limitante en la reacción, es decir, a partir de la cantidad de H2S se determina que tanto se debe agregar de hipoclorito para eliminar en su totalidad el H2S.

a. Determinar la cantidad de H2S que tiene que ser tratada por día.

52 104,2

2

SHQF VSH (21)

Donde: FH2S: Flujo Másico de H2S a tratar por día en kg/día QV: Flujo de Aire a Tratar en m3/h. [H2S]: Concentración de H2S en mg/m3. El factor de 2,4 x 10-5 de la ecuación (21) es un factor de corrección de unidades para que el flujo de H2S de en kg/día. Entonces la cantidad de sulfuro de hidrógeno a tratar por día es:

día

kg

m

mg

h

mF SH 60,2104,29,137800 5

3

3

2

b. Estimar la dosis de hipoclorito de sodio con la reacción (3-1). De la reacción se tiene que 8,74 mg/L de hipoclorito de sodio son requeridos por cada mg/L de sulfuro de hidrógeno.

74,82Re SHdíaporquerido FNaOCl (22)

día

kg

día

kgNaOCl díaporquerido 74,2274,86,2Re

3. Estimar el requerimiento de agua para la torre de lavado.

a. Determinar el flujo másico del aire.

AireVAire QF (23)

Donde: F Aire: Flujo másico de Aire en kg/min. ρ Aire: Densidad del Aire en kg/m3. Entonces el flujo másico de aire es:

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min92,1168994,0

min130

3

3 kg

m

kgmFAire

b. Determinar el flujo del agua.

LGAireAgua RFF (24)

Donde: F Agua: Flujo de Agua en kg/min RLG: Relación Líquido-Gas (kg H2O/kg Aire a Tratar)

min61,20475,1

min92,116

kgkgFAgua

4. Calcular la cantidad de soda que tiene que ser adicionada para reemplazar la que

se consume en la reacción.

De la reacción (3-1), 2,35 mg/L de NaOH se requieren por cada mg/L de H2S.

a. Especificar la cantidad de NaOH requerida.

35,22 SHNaOH FF (25)

Donde: F NaOH: Flujo de Soda Requerida en Kg/día

Entonces la soda requerida para tratar el sulfuro de hidrógeno es:

día

kg

día

kgFNaOH 11,635,260,2

b. Determinar el flujo volumétrico requerido de NaOH. La cantidad en kg/L de soda al 50% es:

5,0%50%50 NaOHNaOH (26)

Donde: NaOH50%: Cantidad de NaOH al 50%. ρ50%

NaOH: Densidad del NaOH al 50 %.

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L

kg

L

kgNaOH 76,05,052,1%50

El flujo volumétrico de soda se calcula con la ecuación (27).

%50%50

NaOH

FQ NaOHNaOH (27)

Donde: Q50%

NaOH: Flujo Volumétrico de NaOH al 50 %.

día

L

L

kgdía

kg

QNaOH 05,876,0

11,6%50

Para conocer las dimensiones de la torre lavadora empleando la Tabla 13 se convierte el flujo de aire a tratar a ft3/min así:

min91,4590

min60

1

3048,0

17800

333 fth

m

ft

h

mQV

Para encontrar las dimensiones de la torre lavadora se empleó el catálogo del ANEXO 3. En él se observa las diferentes dimensiones para las torres empacadas a diferentes caudales de aire a tratar como se muestra en la Tabla 13. Para conocer las dimensiones con el flujo de gas que se va a tratar correspondiente a 7800 m3/h (4590,91 ft3/min) se debe hacer una extrapolación de los datos (suministrados por el catálogo).

Tabla 13. Dimensiones de Torres Lavadoras. Caudal de Aire a tratar 

(ft3/min) Dimensiones 

D (ft)  H (ft) 

13000  6  22 

18000  7  25 

25000  8  27 

30000  9  28 

35000  10  28 

45000  11  28 

55000  12  28 

65000  13  28 

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Gráfico 3. Regresión para el Cálculo de la Altura de la Torre Lavadora.

H = ‐5E‐9x2 + 0,00047x + 17,64R² = 0,897

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

0 20000 40000 60000 80000

Altura de la Torre Lavadora H

 (ft)

Flujo de Gas a Tratar en ft3/min (CFM)

H

Polinómica (H)

 

Gráfico 4. Regresión para el Cálculo del Diámetro de la Torre Lavadora.

D= 0,0001x + 4,7146R² = 0,9784

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

0 20000 40000 60000 80000

Diámetro  de la Torre Lavadora H

 (ft)

Flujo de Gas a Tratar en ft3/min (CFM)

D

Lineal (D)

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Para la extrapolación de los datos se realiza una regresión de los datos suministrados por el catálogo y los resultados se observan en los Gráficos 3 y 4. Las regresiones son adecuadas ya que los coeficientes de correlación son cercanos a 1 y las líneas de tendencia representan de manera adecuada la distribución de los datos. En los Gráficos 3 y 4 se muestran las ecuaciones de regresión donde (x) representa el flujo de aire a tratar. Empleando éstas ecuaciones para el flujo de 4590,91 ft3/min se obtiene las dimensiones de la Tabla 14. Estas serian las dimensiones de cada una de las torres lavadoras para tratar un flujo de aire de 4590,91 CFM.

Tabla 14. Dimensiones de la Torre Lavadora. Dimensiones

Torre Lavadora Pies (ft) Metros (m)

D 5,17 1,58 H 19,69 6,00

Para la altura de empaque se empleará un valor que esté dentro del rango recomendado por la literatura (ver Tabla 7). Éste valor se calculará haciendo una interpolación de los datos de profundidad de empaque y cantidad de soda cáustica. Para ello se realiza una regresión lineal como se muestra en el Gráfico 5.

Gráfico 5. Regresión Para Interpolación de Altura de Empaque

hempaque = 1,2CNaOH ‐ 0,6

1,5

2

2,5

3

3,5

0 1 2 3 4

Altura de Empaque h

empaque(m

)

Cantidad de Soda Cáustica CNaOH (kg NaOH/kg de Sulfuro)

h empaque

Lineal (h empaque)

  En el Gráfico 5 se muestra la ecuación obtenida en la regresión.

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Para calcular la cantidad de soda a emplear, se halla la masa de sulfuro, pues se debe conocer la masa de azufre contenida en el flujo de aire a tratar como lo sugiere Metclaf40. La ecuación (28) ilustra el cálculo de masa de sulfuro.

SgH

gSSHFM AireS

2

2

2 08,34

32 (28)

Donde: MS: Masa de Sulfuro

día

Skg

h

Sg

SgH

gS

m

g

h

mM S

22

2

2

3

3

44,280,10108,34

320139,07800

Entonces la C NaOH se calcula como se muestra en la ecuación (29):

S

NaOHNaOH M

FC (29)

2250,2

44,2

11,6

kgS

kgNaOH

día

kgSdía

kgNaOH

CNaOH

Empleando la ecuación del Gráfico 5 se tiene que la altura del empaque es:

6,02,1 NaOHempaque Ch (30)

Donde: h empaque: Altura del empaque del lecho en m. C NaOH: Cantidad de Hidróxido de Sodio en kg NaOH/kg Sulfuro

mkgSulfuro

kgNaOHhempaque 4,26,05,22,1

40 Idem. Pág 1676.

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FICHA TÉCNICA 1. Resumen Opción Torre Lavadora

1. Nombre del equipo: TORRE LAVADORA

2. Parámetros de diseño: * Cantidad a tratar de H2S: 2,60 kg/día* NaOCl Requerido: 22,74 kg/día* Flujo de Aire a Tratar: 116,92 kg/min* Flujo de Agua: 204,61 kg/min* NaOH al 50% Requerido: 0,76 kg/L* Volumen de Soda: 8,05 L/día

3. Dimensiones: * Diámetro: 1,58 m* Altura de la Torre Lavadora: 6,0 m* Altura del Lecho: 2,4 m

RESUMEN OPCIÓN TORRE LAVADORA

3.1.3. DISEÑO DE UN BIOFILTRO DE CONTROL DE OLORES. Para el cálculo del biofiltro se deben tener en cuenta los siguientes pasos:

Definir el tamaño de compost necesario del biofiltro, para retirar del flujo de aire el H2S de acuerdo a la Tabla 9.

Estimar la masa del compuesto amortiguador necesario para neutralizar el ácido formado en el proceso de tratamiento.

Asumir una porosidad del lecho 40%, pues la literatura recomienda que este valor debe estar entre 35 y 50% (ver Tabla 9).

Calcular el volumen adecuado cuando el aire contiene 23,9 mg/m3 de H2S valor de concentración promedio de una PTAR.

Asumir un flujo de eliminación de 80 g S/ m3-h, se recomienda que éste valor este entre 80 y 130 g S/m3-h (ver Tabla 9), pues se elige el mínimo valor reportado en la literatura para asegurar que el diseño no quede subdimensionado y que la eliminación de H2S sea la mayor posible.

La temperatura del aire es 15°C. Siguiendo los pasos de diseño, se tiene:

1. Flujo de aire a tratar. El flujo de aire a tratar es de 7800 m3/h dado por el ventilador previo a la unidad de tratamiento de olores.

REVISIÓN 5 Julio de 2011

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2. Seleccionar una velocidad de carga de la Tabla 9. Emplear una velocidad de carga de 80 m3/m2-h. Éste es un valor inferior al sugerido en Metcalf41de 90 m3/m2-h, pues se tomo un valor menor para generar un área de biofiltro mayor con el objeto de remover la mayor cantidad de H2S posible. No se seleccionan velocidades de carga menores debido a que el área del biofiltro resultaría muy grande y no se dispone de espacio suficiente para la ubicación del sistema. 3. Seleccionar una profundidad de lecho para el biofiltro de la Tabla 9. Se selecciona una profundidad de lecho de 1m, la literatura sugiere que éste valor se encuentre dentro 1 y 1,25 m. Se selecciona el menor valor como lo indica Metcalf42. 4. Calcular el área necesaria para el Biofiltro con la ecuación (31).

aC

VBiofiltro V

QA

arg

(31)

Donde: A Biofiltro: Área del biofiltro en m2. Q V: Flujo de aire a tratar en m3/h V Carga: Velocidad de Carga en m3/m2-h

2

2

3

3

50,97

80

7800m

hm

mh

m

Area

5. Revisar el tiempo de residencia en el lecho vacío usando la ecuación (2).

El volumen total de lecho del filtro (Vf) se calcula como el área del filtro por la profundidad, entonces:

32 50,97150,97 mmmV f

s

h

s

h

m

mm

Q

VEBRT

V

f 451

3600

7800

150,973

2

El tiempo de residencia se encuentra dentro del rango de 30 s y 60 s como lo establece la Tabla 9, así que el cálculo del área es correcto.

41 Ídem. 42 Ídem

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6. Determinar el volumen del biofiltro para tatar el H2S.

a. Especificar la concentración de H2S en g/m3.

332 0139,0

1000

19,13

m

g

mg

g

m

mgSH

b. Calcular el flujo másico de carga de S-2 en g de S/h.

Se determina la carga de azufre como S-2, pues el interés está en conocer qué tanto azufre proviene del H2S para así conocer el volumen requerido por el biofiltro. Para el caso, la cantidad másica del ion S-2 es equivalente a la masa de azufre sin carga, la importancia radica en cuantificar la cantidad de azufre como lo sugiere Metcalf43

SgH

gSSHFM AireS

2

2

2 08,34

32

h

Sg

SgH

gS

m

g

h

mM S

2

2

2

3

3

80,10108,34

320139,07800

c. Calcular el volumen requerido asumiendo un flujo de eliminación de 80 g

de S-2/m3-h. de la Tabla 9. Este volumen requerido es un volumen de verificación que permite establecer que el cálculo del volumen de lecho (Vf) es correcto.

hm

Sg

MsV

3

2

80

(32)

3

3

2

2

27,1

80

80,101m

hm

Sg

h

Sg

V

Ya que el volumen total hallado de 97,50 m3 es significativamente mayor que el volumen requerido de 1,27 m3, entonces no hay problema para la remoción del H2S como lo indica Metcalf44.

43 Ídem. Página 1676. 44 Ídem. Página 1676.

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7. Calcular la masa del compuesto amortiguador necesario para neutralizar el ácido formado como resultado del tratamiento.

a. Hallar la masa de H2S en kg por año.

kg

g

año

días

día

hSHF

SHAire

añopor3

2

2

10

36524

(33)

año

kg

kg

g

año

días

día

h

m

g

h

m

SH añopor 76,949

10

365240139,07800

3

3

3

2

b. Calcular la masa de compuesto amortiguador requerido empleando la reacción

(3-2)

H2S + Ca(OH)2 + 2O2 → CaSO4 + 2H2O (3-2) Realizando un balance de masa se tiene que por cada 2,05 kg de Ca(OH)2 se requiere 1 kg de H2S. Si el compost del biofiltro tiene una vida útil de 2 años. Entonces la masa del compuesto amortiguador es:

ÚtilVidaañoporOHCa años

SHkg

OHCakgSHM

2)(05,2

2

22)( 2

(34)

Donde: M Ca(OH)2: Masa de Compuesto Amortiguador en kg.

22

22)( )(01,38942

)(05,276,949

2OHCakgaños

SHkg

OHCakg

año

SkgHM

ÚtilVidaOHCa

Se necesitan 6695,46 kg de Ca (OH)2 para 2 años de vida útil.

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FICHA TÉCNICA 2. Resumen Opción Biofiltro.

1. Nombre del equipo: BIOFILTRO

2. Parámetros de diseño: * Cantidad a tratar de H2S: 2,60 kg/día

* Flujo de Aire a Tratar: 7800 m3/h * Tiempo de Residencia Lecho Vacío: 45 s* Años de Vida útil: 2 años* Masa de Ca(OH)2: 3894,01 kg

3. Dimensiones:

* Area Tranversal: 97,50 m2

* Volumen Hallado: 97,50 m3

* Altura del Lecho: 1 m

RESUMEN OPCIÓN BIOFILTRO

3.1.4. DISEÑO DE UN SISTEMA CON LAVADOR Y BIOFILTRO. SUPONIENDO QUE EL LAVADOR TRATA EL 70% DEL H2S Y EL PORCENTAJE RESTANTE EL BIOFILTRO (30%).

La eficiencia de remoción como lo indica la literatura45 para las torres lavadoras es del 98 %. Sin embargo se sobredimensiona el equipo suponiendo una remoción del 70 % del sulfuro de hidrógeno asegurando que se remuevan todos los gases olorosos que no sean removidos por la torre lavadora. Además el costo de químicos en la torre disminuye tomando una relación de 70% a 30%. Si la relación 70% a 30% aumenta, el área del Biofiltro también aumenta y por el espacio disponible no se podrían ubicar los Biofiltros. Para un diseño más detallado se podría evaluar diferentes opciones de remoción graficando costos y áreas contra relación observando cuál sería la mejor opción. Sin embargo a continuación se muestra el resultado para una relación 70% a 30% como lo sugiere el experto en diseño de sistemas de tratamiento de olores Ignacio Rodríguez46. Esta opción de diseño es un sistema integrado, por tal razón no es un sistema independiente del otro. Los gases de salida de la torre lavadora entran al biofiltro, es decir, que aquellos gases olorosos que no son absorbidos en la torre lavadora serán absorbidos por el biofiltro.

45 Ídem. Página. 1663. Tabla 15-11. 46 Ignacio Rodríguez. INGENIERO QUÍMICO MAGISTER EN INGENIERÍA QUÍMICA. Universidad Nacional de Colombia. Sede Bogotá.

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Como se mencionó anteriormente, teóricamente una torre lavadora es capaz de absorber el 98% del sulfuro de hidrógeno a tratar y un biofiltro es capaz de absorber hasta el 100%47, por lo que el sistema en serie garantizaría 100% de eficiencia para remoción de H2S y otros gases olorosos. Por esta razón se toma como la opción de diseño más adecuada y recomendable y sobre la cual se desarrollaran los planos de diseño general.

PARA LA TORRE LAVADORA. Los requerimientos son iguales que los del numeral 3.1.2. Los pasos del diseño son: 1. Determinar el volumen ocupado por un mol de aire a tratar a la temperatura de

15°Cy una presión de 560 mm Hg. El volumen es exactamente el mismo al calculado en el numeral 3.1.2 de 32,21 L. 2. Estimar el requerimiento de hipoclorito de sodio.

La reacción general es:

H2S + 4 NaOCl + 2 NaOH → Na2SO4 + 2H2O + 4NaCl (3-1) Para determinar la cantidad de hipoclorito de sodio como se observa en la reacción (3-1), es necesario inicialmente encontrar la cantidad de H2S a tratar por día, pues éste es reactivo limitante en la reacción, es decir, a partir de la cantidad de H2S se determina que tanto se debe agregar de hipoclorito para eliminar el 70% del H2S presente en el flujo de aire a tratar.

a. Determinar la cantidad de H2S que tiene que ser tratada por día con la

ecuación (21).

52 104,2

2

SHQF VSH

Como se va a tratar el 70% del H2S hay que calcular el 70% de la concentración de H2S, entonces:

332 73,97,09,13

m

mg

m

mgSH

Empleando la ecuación (21), la cantidad de sulfuro de hidrógeno a tratar por día es:

día

kg

m

mg

h

mF SH 82,1104,273,97800 5

3

3

2

47 METCALF Y EDDY. WASTEWATER ENGINEERING TREATMENT AND REUSE. FOURTH EDITION MC.

GRAW HILL. NEW YORK. 2003. Figura 15-15.

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b. Estimar la dosis de hipoclorito de sodio con la reacción (3-1). De la reacción se infiere que 8,74 mg/L de hipoclorito de sodio son requeridos por cada mg/L de sulfuro de hidrógeno. Empleando la ecuación (22) se tiene:

74,82Re SHdíaporquerido FNaOCl

día

kg

día

kgNaOCl díaporquerido 92,1574,871,1Re

3. Estimar el requerimiento de agua para la torre de lavado.

a. Determinar la velocidad de flujo másico del aire. Empleando la ecuación (23) se tiene:

min92,1168994,0

min130

3

3 kg

m

kgmFAire

b. Determinar la velocidad de flujo del agua empleando la ecuación (24).

LGAireAgua RFF

Entonces:

min61,20475,1

min92,116

kgkgFAgua

4. Calcular la cantidad de soda que tiene que ser adicionada para reemplazar la que

se consume en la reacción.

De la reacción (3-1), 2,35 mg/L de NaOH se requieren por cada mg/L de H2S. a. Especificar la cantidad de NaOH requerida empleando la ecuación (25).

35,22 SHNaOH FF

día

kg

día

kgFNaOH 28,435,282,1

b. Determinar el volumen requerido de NaOH. La cantidad en kg/L de soda al 50% empleando la ecuación (26) es:

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L

kg

L

kgNaOH 76,05,052,1%50

El flujo volumétrico de soda se calcula con la ecuación (27):

día

L

L

kgdía

kg

QNaOH 63,576,0

28,4%50

Para encontrar las dimensiones de la torre lavadora se emplea el mismo cálculo de la sección 3.1.1, el flujo de aire a tratar es el mismo, lo que cambia es la cantidad de H2S que se remueve. Así que las dimensiones de la torre son las mismas que la de la Tabla 14 exceptuando la altura del empaque que depende de la concentración de H2S.

Tabla 15. Dimensiones de la Torre Lavadora para Tratar el 70% del Flujo. Dimensiones

Torre Lavadora Pies (ft) Metros (m)

D 5,17 1,58 H 19,69 6,00

Para la altura del empaque se empleará la ecuación del Gráfico 5, pero previamente se debe calcular la cantidad de soda a emplear. Para ello se realiza el cálculo de la masa de sulfuro empleando la ecuación (28), entonces:

SgH

gSSHFM AireS

2

2

2 08.34

32

día

Skg

h

Sg

SgH

gS

m

g

h

mM S

22

2

2

3

3

71,126,7108,34

3200973,07800

Entonces la cantidad de hidróxido de sodio se calcula como lo indica la ecuación (29):

S

NaOHNaOH M

FC

2250,2

71,1

28,4

kgS

kgNaOH

día

kgSdía

kgNaOH

CNaOH

Empleando la ecuación del Gráfico 3 se tiene que la altura del empaque es:

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6,02,1 NaOHempaque Ch

mhempaque 40,26,050,22,1

La estructura del lavador y el ventilador se puede observar en el esquema presentado en el ANEXO 4. CÁLCULOS PARA EL BIOFILTRO CON EL 30% DE H2S RESTANTE CORRESPONDIENTES A 0,78 kg/día. Los cálculos y resultados para el biofiltro son exactamente iguales que en la sección 3.1.3 exceptuando que la concentración en este punto es 70% menor a la que entro en la torre lavadora calculada previamente. A continuación se muestran los cálculos a partir del paso 6.

6. Determinar el volumen del biofiltro para tatar el H2S.

a. Especificar la concentración de H2S en g/m3. Como en la torre lavadora ya se ha realizado una remoción del 70% ahora hay que calcular la concentración del restante 30%.

332 00417,03,00139,0

m

g

m

gSH

b. Calcular el flujo másico de carga de S-2 en g de S/h. Se determina la carga de azufre como S-2, pues el interés está en conocer qué tanto azufre proviene del H2S para así estimar el volumen requerido para el biofiltro. Para el caso, la cantidad másica del ion S-2 es equivalente a la masa de azufre sin carga, la importancia radica en cuantificar la cantidad de azufre como lo sugiere Metcalf48

h

Sg

SgH

gS

m

g

h

mM S

2

2

2

3

3

54,3008,34

3200417,07800

c. Calcular el volumen requerido asumiendo un flujo de eliminación de 80 g de

S-2/m3-h. de la Tabla 9. Este volumen requerido es un volumen de verificación que permite establecer que el cálculo del volumen de lecho (Vf) es correcto.

48 Ídem. Página 1676.

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3

3

2

2

38,0

80

54,30m

hm

Sg

h

Sg

V

Ya que el volumen total hallado de 97,50 m3 es significativamente mayor que el volumen requerido de 0,38 m3, entonces no hay problema para la remoción del H2S como lo indica Metcalf49.

7. Calcular la masa del compuesto amortiguador necesario para neutralizar el ácido formado como resultado del tratamiento.

a. Hallar la masa de H2S en kg por año.

año

kg

kg

g

año

días

día

h

m

g

h

m

SH añopor 93,284

10

3652400417,07800

3

3

3

2

b. Calcular la masa de compuesto amortiguador requerido empleando la

reacción (3-2)

Realizando un balance de masa se tiene que por cada 2,05 kg de Ca(OH)2 se requiere 1 kg de H2S si el compost del biofiltro tiene una vida útil de 2 años. Entonces la masa del compuesto amortiguador empleando la ecuación (34) es:

22

22)( )(20,11682

)(05,293,284

2OHCakgaños

SHkg

OHCakg

año

SkgHM

ÚtilVidaOHCa

Se necesitan 1168,20 kg de Ca (OH)2 para 2 años de vida útil.

49 Ídem. Página 1676.

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FICHA TÉCNICA 3. Resumen Opción Mixta (Torre Lavadora y Biofiltro)

1. Nombre del equipo: TORRE LAVADORA 1. Nombre del equipo: BIOFILTRO

2. Parámetros de diseño: 2. Parámetros de diseño: * Cantidad a tratar de H2S: 1,82 kg/día * Cantidad a tratar de H2S: 0,78 kg/día

* NaOCl Requerido: 15,92 kg/día * Flujo de Aire a Tratar: 7800 m3/h * Flujo de Aire a Tratar: 116,92 kg/min * Tiempo de Residencia Lecho Vacío: 45 s* Flujo de Agua: 204,61 kg/min * Años de Vida útil: 2 años* NaOH al 50% Requerido: 0,76 kg/L * Masa de Ca(OH)2 1168,20 kg / 2 años

* Volumen de Soda: 5,63 L/día * % Tratamiento H2S: 30

* % Tratamiento H2S: 703. Dimensiones:

3. Dimensiones: * Area Tranversal: 97,50 m2

* Diámetro: 1,58 m * Volumen Hallado: 97,50 m3

* Altura de la Torre Lavadora: 6,00 m * Altura del Lecho: 1 m* Altura del Lecho: 2,40 m

RESUMEN OPCIÓN TORRE LAVADORA Y BIOFILTRO

Se escogió la opción mixta de diseño (sección 3.1.3) ya que con ésta se puede asegurar un amplio porcentaje de remoción del H2S (cerca del 100%) de acuerdo a los cálculos proyectados y a la combinación de componentes de tratamiento físicos (lavador) y biológicos (biofiltro). La opción mixta tal y como lo sugiere el consultor Ignacio Rodríguez50, es la más apropiada, pues disminuye los costos de reactivos. Las dimensiones de los equipos no varían mucho si se emplea la opción mixta o solo torre lavadora o solo biofiltro pero el consumo de reactivos si varía considerablemente de acuerdo a la experiencia del consultor Ignacio Rodríguez. Así la mejor opción de diseño general es la opción mixta por costos de operación de reactivos. Se necesita realizar un estudio de costos detallado que no es objeto de este contrato para poder determinar y concluir tal argumento. Por consiguiente se recomienda elaborar un estudio de costos detallado en una fase posterior de análisis a este proyecto. 3.2. MATERIALES Y ESPECIFICACIONES DEL DISEÑO. A continuación se darán algunas especificaciones que se recomiendan para el diseño de tratamiento de olores para la futura planta de tratamiento según el Ing. Ignacio Rodríguez51.

1 ventilador para transportar los olores hasta las unidades de tratamiento. 1 torre lavadora por bomba captadora de agua a tratar que esté trabajando en la

Fase I de la futura PTAR Canoas. 1 ventilador a la entrada de cada torre lavadora.

50 Ignacio Rodríguez. INGENIERO QUÍMICO MAGISTER EN INGENIERÍA QUÍMICA. Universidad Nacional de Colombia. Sede Bogotá. 51 Ídem.

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1 válvula de cierre entre la tubería que conecta la succión de aire a tratar y el ventilador que lo transportará hasta las unidades de tratamiento.

1 válvula de cierre a la entrada de cada torre lavadora. Ductos en PVC ó en fibra de vidrio. Torre lavadora en fibra de vidrio. Una bomba de aspersión para cada torre lavadora. 2 bombas dosificadoras para cada torre lavadora.

Como parte del diseño para el control de olores, se considera tapar las unidades correspondientes a los desarenadores, sedimentadores y espesadores de lodos con tapas de material liviano (P.V.C) ó un polímero resistente a la corrosión generada por el sulfuro de hidrógeno, una muestra del dimensionamiento y disposición de estas tapas se puede observar en el ANEXO 5. En este anexo se muestra un video en dos partes de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales Cañaveralejo ubicada en Cali, que sirve como muestra para un posterior diseño de detalle de la futura PTAR Canoas para el tratamiento de olores y cómo se deben disponer éstas unidades en cuanto a ductos de salida de olores para llevarlos y conectarlos con el diseño general planteado en este producto. Estos ductos deben salir de cada una de las unidades y ser conectados al ducto de tratamiento de olores. 3.3. REQUERIMIENTO DE ÁREA PARA PLANTAS DE TRATAMIENTO DE OLORES. El área necesaria para la planta de tratamiento de olores en las futuras instalaciones de la futura PTAR Canoas consta de 6 torres de absorción cada una con su respectivo ventilador y válvula de entrada y acopladas a 6 Biofiltros, que necesitan para su ubicación un área de 58,5 m de ancho por 15 m de largo. Las medidas y ubicación de las posibles unidades de tratamiento de olores se pueden observar en el ANEXO 4 La ubicación de las unidades puede cambiar, pues solo cuando se posea el diseño definitivo se podrá realizar la ubicación definitiva teniendo como referencia el área calculada para cada unidad en el presente documento.

REVISIÓN 5 Julio de 2011

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4. CORROSIÓN. La velocidad de corrosión del hierro en la solución ácida está dada por el punto donde la corriente de oxidación (reacción 2-8) y la corriente de reducción (reacción 2-9) son iguales y corresponden a la reacción total o neta.

22 HFeHFe (4-1) El potencial de electrodo correspondiente a esta condición de corriente neta cero es el potencial de corrosión (Ecorr), Ecorr y su valor es en este caso -0,25 V (ver Figura 6). El valor común de corriente al potencial de corrosión (icorr), icorr es de 0,162 mA / cm2 (log icorr = -3,79). En unidades prácticas (mills por año-mpy) la corriente de corrosión para el hierro por causa del ión hidrógeno liberado por el sulfuro de Hidrógeno es:

año

días

día

s

in

mills

cm

in

g

cm

geq

g

mA

A

sA

geq

cm

mAicorr 1

365

1

86400

1

10

54,2

1

8,7

1

2

8.55

10

1

96500

1162,0

33

32

mpyicorr 55,74

1000 mills equivalen a una pulgada, así el deterioro de las unidades en 10 años en caso de no tratar el H2S generara un desgaste por corrosión de:

cminañosmills

inmpyañosenDesgaste 88,174,010

1000

155,7410

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5. COSTOS POR INSUMOS ASOCIADAS AL TRATAMIENTO. En esta sección se pretende dar un cálculo global de lo que costaría operar la planta de tratamiento de olores diariamente. De acuerdo a la ficha técnica (FICHA TÉCNICA 3. Resumen Opción Mixta) del presente informe. Se tiene que el consumo de reactivos por unidad de tratamiento de olores52 es: Hipoclorito de Sodio Requerido (NaOCl):15,92 kg/día Consumo de Agua: 204,61 kg/min Soda al 50%: 5,63 L/día o su equivalente 4,28 kg/día. Masa de Ca (OH)2: 1,60 kg/día. De acuerdo a la consulta realizada para diferentes proveedores y páginas de internet se elaboró una lista de precios de reactivos e insumos básicos necesarios para el tratamiento de Olores (Ver Tablas 16, 17 y 18). 5.1. PRECIO POR CONSUMO DE SODA CÁUSTICA. Se prefiere que la soda cáustica se maneje de forma líquida ó diluida ya que por seguridad ocupacional en esta presentación es menos riesgosa que si se manipulara en escamas. Adicionalmente este reactivo se necesita al 50%, presentación que se puede encontrar en el mercado fácilmente (Ver Tabla 16). Se tomará como base de cálculo el preció del proveedor Químico Campota que ofrece un precio de $725,00/kg. El precio de la soda por unidad de tratamiento de olores sería:

díakgdía

kgecioSoda

$31,3103

00,725$28,4Pr %50

Como la cantidad de unidades es de 6 el precio diario por concepto de soda cáustica es de:

díadíaSodaecioDiario

83,18619$6

31,3103$Pr %50

5.2. PRECIO HIPOCLORITO DE SODIO. Como base de cálculo se tomará el precio del proveedor Proquimort que ofrece un precio de $1150/kg al 13%.

52 Entiéndase como unidad de tratamiento la unión de una Torre Lavadora y un biofiltro.

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Para el proceso en una unidad de tratamiento se necesitan 27,36 kg/día, pero como el reactivo se encuentra al 13% se necesita conocer cuántos kg de hipoclorito de sodio se necesitan al 13%.

día

kgdía

kg

NaOCl 46,12213,0

92,15

%13

díakgdía

kgecioNaOCl

57,140826$1150$46,122Pr

Como la cantidad total de unidades de tratamiento destinadas es de 6, el precio diario por las 6 unidades seria de:

díadíaecioNaOCl

43,844959$6

57,140826$Pr

5.3. PRECIO CAL. Se recomienda manejar cal apagada ya que por seguridad ocupacional es más adecuada la manipulación de éste reactivo. Se toma como base de cálculo el precio reportado en la Tabla 18 de $ 243000/ Ton

díakg

Ton

Tondía

kgecioCal

87,388$

1000

1000.243$60,1Pr

5.4. PRECIO COSTO ENERGÉTICO. Para calcular el costo asociado a la energía promedio de consumo por las unidades de tratamiento de olores se calculan las potencias de los ventiladores con la ecuación 6-22 del Manual del Ingeniero Químico Perry53

PQKW 51072,2 (35)

Donde: KW: Potencia del Ventilador en KW. Q: Flujo Volumétrico de Aire en m3/h. P: Presión de operación del Ventilador en cm H2O Para el Ventilador 1 la sobrepresión en cm de H2O seria:

53Perry Robert H. MANUAL DEL INGENIERO QUÍMICO. Tomo II. Editorial Mc-Graw Hill. Sexta Edición. México.

1995.

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OcmHPa

OcmHPaPVentilador 2

21 33,5

101325

103377,522

Aplicando la ecuación (35) se tiene que la potencia del Ventilador 1 seria:

KWOcmHh

mKWVentilador 78,633,5468001072,2 2

35

1

Para el ventilador 2 la sobrepresión en cm de H2O sería:

OcmHPa

OcmHPaPVentilador 2

22 61,1

101325

103332,158

La potencia del ventilador 2 sería de:

KWOcmHh

mKWVentilador 342,061,178001072,2 2

35

2

Como son 6 ventiladores del tipo 2 los que se diseñaron, la potencia generada en total por estos ventiladores es de:

KWKWKW TotalVentilador 06,2342,062

Respecto a las bombas de recirculación se puede asociar una potencia de 2 KW por bomba, como en total son 6 bombas la potencia total por bombas de recirculación sería de 12 KW. La potencia consumida en total por las unidades de tratamiento seria:

KWKWKWKWKW oceso 84,201206,278,6Pr

De acuerdo con la Tabla 18 el valor por KWh de Energía Eléctrica es de $ 283,5593. Suponiendo que el tiempo de operación promedio de la planta de tratamiento de olores es de 24 h, el consumo de energía y su precio sería de:

díadía

h

KWhKWéticoCostoEnerg

63,818.141$24

1

5593,283$84,20

5.5. PRECIO COSTO CONSUMO DE AGUA. De acuerdo a la Tabla 18 el valor del agua industrial se encuentra en $ 1998,40/m3.

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El consumo de agua en m3/min sería:

min20461,0

1000

1

min61,204

33 m

kg

mkgAgua UnidadX

Como son 6 unidades el consumo total de agua sería:

min23,1

min20461,06

33 mmAguaTotal

díadía

h

hm

mAgua

70,892.532'3$

1

24

1

min6040,948.1$

min23,1

3

3

5.6. COSTO TOTAL POR INSUMOS PARA EL TRATAMIENTO DE OLORES. El costo total asociado al consumo de reactivos, energía y agua para la planta de tratamiento de olores proyectada es de:

díadíaCostoTotal

46,679.538'4$70,892.532'363,818.141$87,388$43,959.844$83,619.18$

Como referencia de los costos asociados por construcción, mantenimiento y operación relacionados con el tratamiento de olores en plantas de tratamiento de agua residual el lector se puede remitir al ANEXO 1

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Tabla 16. PRECIOS EN COLOMBIA HIDRÓXIDO DE SODIO (SODA CAÚSTICA) Marzo de 2011.

Proveedor Presentación

Pureza

Presentación para la venta

Al detal Detalle Por mayor Detalle

Abastos Químicos

Escamas 99% Saco de 50 Kg $ 2.300,00 Kg $ 2.100,00 Kg si son más de 200 kg

Líquida Garrafa o Caneca $ 2.000,00 kg $ 1.800,00 kg si es por caneca = 4 garrafas

Diácidos Escamas 99% Saco de 25 Kg $ 1.900,00 kg polaca $ 1.700,00 kg china

Líquida 48-50% según solicitud $ 850,00 kg + envase $ 830,00 kg + envase por Tonelada

Quiminsa Escamas 98% Saco de 25 Kg $ 1.700,00 kg china $ 1.500,00 kg china

Líquida 48% según solicitud $ 1.100,00 kg + envase $ 980,00 kg incluido empaque

Reproquim Escamas 98% bolsa de 1 kg $ 1.940,00 kg $ 1.750,00 kg china a partir de un bulto de 25 kg

Líquida 48% Galón $ 879,00 kg $ 820,00 kg por tonelada cliente trae envase

Transmerquim Escamas 98% mínimo 300kg $ 1.550,00 kg $ 1.450,00 35 ton

Líquida NO DISPONIBLE

Químicos Orbe Escamas 99,80

% Bulto de 25 kg $ 1.825,00 kg

Líquida NO DISPONIBLE

Químico Campota

Escamas 98% bolsa de 1 kg $ 2.500,00 kg china $ 1.950,00 A partir de 1 tonelada, si es mas de 2 toneladas Comercial da nuevos precios

Líquida 50% galón de 5 kg $ 1.380,00 kg $ 725,00 Tambor de 250 kg

Proquimort Escamas 98% Bultos de 25 kg $ 1.689,00 kg polaca 100kg en adelante

Líquida 50% Garrafas de 150 kg $ 900,00 kg

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Tabla 17. PRECIOS COLOMBIA HIPOCLORITO DE SODIO (NaOCl) Marzo de 2011

Proveedor Presentación Pureza Presentación para la venta

Al detal Detalle Por

mayor Detalle

Proquimort Líquida 13% Garrafas 65 kg $

1.150,00 kg +

envase

Quimico Campota Líquida 13,50% Galón 4,5 kg

$ 1.687,00 kg

$ 1.333,00 Tambor de 250 kg Cantidades mayor a 1 tonelada: $1.280

Químicos Orbe Líquida 13% Galón 4,5 kg $

1.705,00 kg $

1.480,00 Tambor de 200 kg. Si es tambor de 250 kg $1.423

Tabla 18. PRECIOS CONSULTADOS EN LA WEB (Marzo de 2011)

ELEMENTO Referencia Pureza Presentación para la venta

Precio

Hipoclorito de Sodio (NaOCl)

Water Treatment Practices Committee AWWA Michigan Section. SODIUM HYPOCHLORITE AND CHLORINE GAS:

DESING, HANDLING, AND STORAGE ISSUES. Spring Regionals. 2006

12,5% Líquido $ 1328,34 /kg

Soda Cáustica (NaOH) Dirección Nacional de Estupefacientes. RESOLUCIÓN No. 0779 . 4 de

Mayo de 2010. --- Escamas $ 969/kg

Cal Viva (CaO) USGS Science for a Changing World. MINERAL COMMODITY SUMMARRIES 2011. U.S. Geological Survey, Reston, Virginia.

--- Sólido $ 196350/Ton

Cal Apagada (Ca(OH)2) --- Sólido $ 243100/Ton

Agua Agua y Alcantarillado de Bogota EAAB. ESTRUCTURA TARIFARIA PARA LOS SUSCRIPTORES ATENDIDOS EN SOACHA POR LA

EMPRESA DE ACUEDUCTO. 2011. TIPO INDUSTRIAL Liquido $ 1998,40/m3

Energía Eléctrica (Industrial Regulado Nivel IV mayor a 62 kV)

CANASTA DE ENERGÉTICOS COLOMBIANOS. PRECIOS SEPTIEMBRE 2010.

--- --- $

283,5593/kWh

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6. RECOMENDACIONES. En esta sección se sugerirán recomendaciones de acuerdo a los resultados obtenidos en el diseño general para el tratamiento de olores generados principalmente por el sulfuro de hidrógeno. Además se indicarán algunas formas de cómo contrarrestar los contaminantes que afectan la calidad del aire y olores ofensivos relacionados explícitamente con el H2S mencionados en los productos 1 al 4 del presente contrato54. Para la construcción de la futura PTAR Canoas se recomienda que durante el diseño

de detalle y ubicación de las unidades de proceso de agua residual se tenga en cuenta dejar espacios para la construcción de las unidades de tratamiento de olores.

Los sistemas de captación de la ampliación de la planta deberán tener en cuenta el

desgaste ocasionado por corrosión e incluir materiales (aceros al cromo por ejemplo), que resistan las picaduras y la afectación por ácido sulfhídrico.

Con el fin de realizar control en la fuente de generación de olores es importante

implementar algún sistema de control propuesto, dentro de la futura planta de tratamiento Canoas, pues de acuerdo a los resultados obtenidos en los modelamientos de dispersión del producto 3, las concentraciones de H2S para la operación de la futura Planta se encuentran por encima del límite normativo (7 µg/m3) establecido en la Resolución 610 del 24 de Marzo de 2010.

Se recomienda confinar (implementar una tapa hermética) las unidades previstas en

la construcción de la futura PTAR Canoas; es decir, sedimentadores, espesadores, bombas de trabajo para evitar daños y deterioro por corrosión del sulfuro de hidrógeno a las unidades metálicas y realizar en un estudio posterior la ingeniería de detalle de los ductos conductores del gas a tratar a las unidades de tratamiento, en caso de no desarrollar un sistema de tratamiento de olores la corrosión por año sería equivalente a 74,55 mills ó 1,88 mm.

Para mitigar los efectos de contaminantes en la calidad del aire tales como material

particulado se recomienda disponer de aspersores de agua para mantener, las vías de acceso no pavimentadas humectadas y evitar el levantamiento de éste.

Es necesario hacer que las fuentes fijas generadoras de óxidos de nitrógeno y azufre,

como el caso de caldera, electrógenos y motores, se encuentren dentro de los límites

54 AIR CLEAN SYSTEMS S.A. INFORME “ESTUDIO DE CALIDAD DEL AIRE DE LA ZONA”. Producto 1

(Informe ACS ICA 143) contrato 2-02-26100-0147-2010. AIR CLEAN SYSTEMS S.A. INFORME “ESTUDIO DE OLORES” Producto 2 (Informe ACS IOL 110) contrato 2-02-26100-0159-2010. AIR CLEAN SYSTEMS S.A. INFORME DE CALIBRACIÓN E IMPLEMENTACIÓN DEL MODELO DE DISPERSIÓN DE LOS PARÁMETROS SULFURO DE HIDRÓGENO, MONOMETILAMINA Y MERCAPTANOS PARA LA ZONA DE INFLUENCIA DE LA PTAR CANOAS. Producto 3 (Informe ACS IOL 111) contrato 2-02-26100-0159-2010. AIR CLEAN SYSTEMS S.A. INFORME DE CALIBRACIÓN E IMPLEMENTACIÓN DEL MODELO DE DISPERSIÓN DE CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS EN LA ZONA DE INFLUENCIA DE LA PTAR CANOAS. Producto 4 (Informe ACS ICA 149) contrato 2-02-26100-0159-2010.

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normativos estipulados, a fin de asegurar que la dispersión de estos contaminantes estén dentro de los valores al hacer la medición de calidad del aire en la zona que se verían afectados principalmente por estas fuentes.

Con el ánimo de no afectar la calidad del aire por fuentes móviles es importante

solicitar a todos los vehículos que se requieran en la etapa de construcción como de operación de la futura PTAR Canoas, la revisión tecnicomecánica, certificado de gases y mantenimiento preventivo.

Las emisiones de NOx se pueden reducir modificando el proceso de combustión que

genera los NOx o por el tratamiento de gas de la combustión que contiene los NOx. Los métodos siguientes son efectivos para reducir las formaciones de NOx durante la combustión:

Bajo exceso de aire. Reduciendo el exceso de oxígeno de 5 a 10% limitará

marcadamente la formación de NOx pero se debe acompañar de un buen diseño de la combustión.

Combustión en dos etapas. La primera etapa es a una temperatura elevada, etapa

rica en combustible que aumenta la reducción de NOx. La segunda etapa opera a temperaturas menores (1000-1100 °C) que contribuyen a la oxidación.

Circulación del gas de la combustión. a) se abate la temperatura de combustión.

b) se diluye la concentración de O2, oxidando así menos nitrógeno. c) se añade NO a la mezcla de reacción (de la combustión previa) y cambia el equilibrio en la dirección contraria de la reacción O2 +N2 ↔ 2NO.

Modificación de la combustión. a) colocación del quemador. b) velocidad de la

remoción de calor de la flama. Una combinación de dos o más de los métodos anteriores reducirán después la formación de NOx.

Para la reducción del SO2 se recomienda emplear alguna metodología mostrada en la Tabla 19.

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Tabla 19. Tecnologías para la reducción de SO255.

Es importante contemplar la posibilidad de construir barreras verdes para la mitigación de contaminantes al aire, como por ejemplo el CO2 el cual se considera como un agente precursor de efecto invernadero.

En términos de la generación de metano, es necesario contemplar la posibilidad de

hacer aprovechamiento de este gas, caracterizando el gas efluente y el contenido de volátiles, de esta forma lograr aplicar para el desarrollo de un proyecto MDL (Mecanismo de Desarrollo Limpio).

Existirían dos escenarios de operación de la futura PTAR Canoas a saber para el tratamiento de los olores: El primero sería haciendo el tratamiento del agua residual de forma continua, para este caso la máxima concentración de H2S será la mostrada en el gráfico de dispersión para este contaminante proveniente de la planta, en la cual se evidencia que la dispersión de H2S llegará al valor normativo antes de sobrepasar los límites de la futura planta y no llegarían hasta la población de la zona de influencia. En el segundo escenario si se trabajara la futura PTAR por lotes, el tratamiento y descarga del agua se deberá realizar en la franja comprendida de 2:00 am y 2:00

55 E. Roberts Alley & Associates, Inc. MANUAL DEL CONTROL DE LA CALIDAD DEL AIRE TOMO II.

Editorial Mc-Graw Hill. México. 2000. Pág. 26.2

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pm, dejando 2 horas de excedencia y dos horas de precedencia dentro del rango seleccionado para el monitoreo de olores en esta consultoría. Este rango, es establecido como consecuencia de la modelación de dispersión de olores (H2S) a lo largo de la ronda del río, dado que las concentraciones resultantes superan significativamente el valor normativo sobrepasando la zona de influencia a las encontradas en la modelación de dispersión para la operación de la futura planta.

El costo estimado por operación de la planta de tratamiento de olores es de

$4’538.679,46 diarios.

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Edition Mc. Graw Hill. New York. 2003. [2]. Metcalf y Eddy. INGENIERIA DE AGUAS RESIDUALES TRATAMIENTO, VERTIDO

Y REUTILIZACIÓN. Tercera Edición. Volumen II. Mc. Graw Hill. España 1995. [3]. M. Syed. G. Soreanu, P. Falleta, M. Bérland. REMOVAL OF HYDROGEN SULFIDE FROM GAS STREAMS USING BIOLOGICAL PROCESSES-A REVIEW. Canada.2006. [4]. Ing. Gustavo Vila Casado. CORROSIÓN ELECTROQUÍMICA MECANISMOS Y MÉTODOS DE CONTROL. Universidad Nacional de Colombia. Departamento de Ingenieria Química. Publicaciones. 1989. [5]. Ing. G Vila C. F. Preston. A. Valencia. J.Fonseca. R. Rueda.CORROSIÓN ELECTROQUÍMICA MECANISMOS Y MÉTODOS DE CONTROL TOMO I. Universidad Nacional de Colombia. Departamento de Ingenieria Química. Publicaciones. 1990. [6]. Ing. G Vila C. F. Preston. A. Valencia. J.Fonseca. R. Rueda.CORROSIÓN ELECTROQUÍMICA MECANISMOS Y MÉTODOS DE CONTROL TOMO II. Universidad Nacional de Colombia. Departamento de Ingenieria Química. Publicaciones. 1990. . [7]. E. Roberts Alley & Associates, Inc. MANUAL DEL CONTROL DE LA CALIDAD DEL AIRE TOMO II. Editorial Mc-Graw Hill. México. 2000. [8]. Robert H. Perry. Don W. Green. James O. Maloney. PERRY MANUAL DEL INGENIERO QUÍMICO. Sexta Edición Tomo II. Editorial Mc. Graw Hill. México. 1995. [9]. Salvador Escoda S.A. MANUAL PRÁCTICO DE VENTILACIÓN. Segunda Edición. Barcelona. [10]. Rubens E. Pocoví. DESCRIPCIÓN Y DISEÑO DE LOS SISTEMAS DE VENTILACIÓN INDUSTRIAL. Universidad Nacional de SALTA. Ediciones MAGNA PUBLICACIONES. Catamarca 285. San Miguel de Tucumán. República Argentina. [11]. Secretaria Distrital de Ambiente. INFORME MENSUAL DE CALIDAD DEL AIRE DE BOGOTÁ. Red de Monitoreo de Calidad del Aire de Bogotá D.C. Enero 2007. [12]. McCabe. OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUÍMICA. Cuarta Edición. Editorial Mc. Graw Hill. España. 1996. [13]. C. Potter. MECÁNICA DE FLUIDOS. Tercera Edición. Editorial Thomson. México. 2002.

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ANEXO 1 VENTAJAS Y COSTOS DE

OPERACIÓN

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ANEXO 2 PLANO UBICACIÓN UNIDADES

DE TRATAMIENTO FUTURA PTAR CANOAS

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ANEXO 3 CATÁLOGO DIMENSIONES

SCRUBBERS

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ANEXO 4 DISEÑO GENERAL

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ANEXO 5 PTAR CAÑAVERALEJO CALI