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REVISIÓN 1 Noviembre de 2010 Página 1 de 118

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, así como la Posible Ubicación de las Unidades Incluidas en el Proceso de Ampliación de la PTAR Salitre.

PRODUCTO 5 CONTRATO No. 2-02-26100-0159-2010

“REALIZAR EL LEVANTAMIENTO DE LA LINEA 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”.

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ACS ICON 100: 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.


CONTENIDO

Pág. INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................................ 5

1. OBJETIVOS .................................................................................................................................................... 7

1.1. GENERAL .................................................................................................................................................... 7 1.2. ESPECÍFICOS ............................................................................................................................................. 7

2.ESTADO DEL ARTE ........................................................................................................................................ 8

2.1.MANEJO DE OLORES ................................................................................................................................. 8 2.1.1.TIPOS DE OLORES. ................................................................................................................................. 8 2.1.2.FUENTES DE LOS OLORES. ................................................................................................................. 10 2.1.3.SISTEMAS DE RECOLECCIÓN DE AGUAS RESIDUALES. .................................................................. 12 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. ................................................................................. 15 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. ................................................................................ 17 2.1.11.ADICIÓN DE QUÍMICOS PARA EL TRATAMIENTO EN EL CONTROL DE OLORES DE AGUAS RESIDUALES. .................................................................................................................................................. 20 2.1.12.EMPLEO DE ENMASCARADORES DE OLOR Y NEUTRALIZACIÓN. ................................................ 21 2.1.13.USO DE ESTRUCTURAS QUE GENEREN TURBULENCIA E INSTALACIONES PARA LA DISPERSIÓN DE OLOR. .................................................................................................................................. 21 2.1.14.EMPLEO DE ZONAS AMORTIGUADORAS. ........................................................................................ 21 2.1.15.MÉTODOS PARA EL TRATAMIENTO DE OLORES. ........................................................................... 22 2.2.SELECCIÓN Y DISEÑO DE LAS INSTALACIONES PARA EL CONTROL DE OLORES. ........................ 30 2.2.1.CONSIDERACIONES DE DISEÑO PARA LAS TORRES DE LAVADO QUÍMICO (SCRUBBERS). .......... ........................................................................................................................................................ 31 2.2.2.CONSIDERACIONES DE DISEÑO PARA EL CONTROL DE OLORES EN LOS BIOFILTROS. ............ 32 2.3.BACTERIAS EMPLEADAS EN EL COMPOST DE LOS BIOFILTROS. ..................................................... 36 2.4.INTRODUCCIÓN A LA CORROSIÓN. ....................................................................................................... 38 2.4.1.POR QUÉ SE CORROEN LOS METALES. ............................................................................................. 38 2.4.2.MECANISMO BÁSICO DE LA CORROSIÓN. ......................................................................................... 40

3.CRITERIOS Y MECANISMOS PARA EL CONTROL DE OLORES Y CALIDAD DEL AIRE. 43

3.1.DISEÑO PARA EL CONTROL DE OLORES EN LA PLANTA DE TRATAMIENTO PTAR EL SALITRE (Tratamiento de 4 m3/s) .................................................................................................................................... 43 3.1.1.DISEÑO DE UN SISTEMA LAVADOR. ................................................................................................... 52 3.1.2.DISEÑO DE UN BIOFILTRO DE CONTROL DE OLORES. .................................................................... 63 3.1.3.DISEÑO DE UN SISTEMA CON LAVADOR Y BIOFILTRO. SUPONIENDO QUE EL LAVADOR TRATA EL 70% DEL H2S Y EL PROCENTAJE RESTANTE EL BIOFILTRO. .............................................................. 68 3.1.4.MATERIALES Y ESPECIFICACIONES DEL DISEÑO. ........................................................................... 94 3.2.DISEÑO PARA EL CONTROL DE OLORES EN LA PLANTA DE TRATAMIENTO PTAR EL SALITRE CON AMPLIACIÓN (Tratamiento de 8 m3/s) 77

4.MODELAMIENTO DISPERSION DE OLORES CON LAS NUEVAS CONDICIONES. 79

5.CORROSIÓN. 101

6.RECOMENDACIONES. 102

BIBLIOGRAFÍA. .............................................................................................................................................. 106



LISTA DE ANEXOS ANEXO 1. DIMENSIONES TORNILLOS ELEVADORES PTAR SALITRE 1 Plano ANEXO 2. PLANTA ACTUAL DISEÑO GENERAL 1 Plano ANEXO 3. CATÁLOGO DIMENSIONES SCRUBBERS. 4 pág. ANEXO 4. PLANTA ACTUAL DETALLES 1 Plano ANEXO 5. PLANTA ACTUAL TORNILLO 1 Plano ANEXO 6. PLANO DE SITIO FINAL AMPLIACIÓN PTAR SALITRE 1 Plano ANEXO 7. ESTACIÓN DE BOMBEO 3 Planos ANEXO 8. AMPLIACIÓN DETALLES . 1 Plano. ANEXO 9. DISEÑO GENERAL AMPLIACIÓN 1 Plano. ANEXO 10. PTAR CAÑAVERALEJO CALI Video ANEXO 11. MODELOS DE DISPERSIÓN 3 Planos



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 Air, Así como la Posible Ubicación de las Unidades Incluidas en el Proceso de Ampliación de la PTAR Salitre.

Codificación ACS ICON 100

N ú m e r o d e R e v i s i ó n 1

Elaboración Nombre I.Q. Diego Mauricio Alea Poveda

Firma

Revisó y aprobó: Nombre: Ing. Alexander Zúñiga

Firma:



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 las actuales instalaciones de la PTAR El Salitre y futura ampliación.

El estudio se fundamentó en recomendar las opciones de diseño disponibles en el ámbito

tecnológico para el tratamiento de olores y en realizar tres simulaciones para el

modelamiento de dispersión 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 108 y ACS IOL 109 (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) y los establecidos por la Administración de Salud y seguridad Ocupacional (OSHA)

que son de 29800 μg/m3 para tiempos de exposición diarios de diez minutos, de 15000

para jornadas laborales de 8 horas y un límite de exposición a corto plazo de 74600

permitido por 10 minutos en un solo día2, para el predio donde se encuentra la PTAR El

Salitre. La primera opción de modelamiento de dispersión de olores involucra las

instalaciones presentes actualmente en la planta de tratamiento (Fase I) sin ninguna

intervención del sistema de tratamiento de olores, la segunda opción de modelamiento

contempla las unidades previstas para la ampliación de la PTAR El Salitre (Fase II) sin

implementación de tratamiento de olores y por última opción el modelamiento considera

las instalaciones existentes y las proyectadas con la implementación del sistema de

tratamiento de olores suponiendo una eficiencia de remoción del sistema del 90%, pues

los sistemas de tratamiento de olores tienen eficiencias de remoción por encima del 90%

pero se supone un menor porcentaje como margen de error para un posterior diseño de

1 AIR CLEAN SYSTEMS S.A. INFORME DE RESULTADOS Y ANÁLISIS DEL MONITOREO DE OLORES EN

LA PTAR EL SALITRE. Producto 2 (Informe ACS IOL 108) Contrato 2-02-26100-946-2008.

AIR CLEAN SYSTEMS S.A. INFORME DE CALIBRACIÓN E IMPLEMENTACIÓN DEL MODELO DE DISPERSIÓN DE SULFURO DE HIDRÓGENO EN LA ZONA DE INFLUENCIA DE LA PTAR EL SALITRE. Producto 2 (Informe ACS IOL 108) Contrato 2-02-26100-946-2008.

2 AIR CLEAN SYSTEMS S.A. INFORME DE RESULTADOS Y ANÁLISIS DEL MONITOREO DE OLORES EN LA PTAR EL SALITRE. Producto 2 (Informe ACS IOL 108) Contrato 2-02-26100-946-2008. Tabla 10.



detalle. Este modelamiento se desarrolla con el fin de comparar el impacto que tiene el

implementar un tratamiento de olores en la PTAR El Salitre.

Para conocer las emisiones de H2S generadas por las unidades planteadas para la

ampliación de la planta de tratamiento se empleo el simulador WATER 9 y la información

suministrada por la empresa ACUEDUCTO. Con dichas emisiones se procede a elaborar

el modelo de dispersión.

El estudio de diseño se realizó con base en una búsqueda de información del tratamiento

de olores que se ha 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 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 especificación de

diseño 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 PTAR El Salitre. 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. OBJETIVOS

1.1. General

• Recomendar un diseño general para el control de emisión de olores y calidad

del aire para la actual planta de tratamiento PTAR El Salitre.

1.2. Específicos

• Diseñar tres opciones para el control de olores y emisiones generados en la planta

de tratamiento el Salitre (incluyendo la ampliación).

• Estimar el comportamiento de olores a través de la realización de tres simulaciones

de dispersión de H2S para la época más crítica del año (Deposición Seca), la

primera simulación respecto a la Fase I sin tratamiento de olores, la segunda

respecto a la Fase II sin tratamiento de olores y la última respecto a la condición

futura aplicando tratamiento de olores.

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

instalaciones de la actual planta de tratamiento para conocer a través del tiempo el

deterioro que causa ésta en las instalaciones.

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

olores para la planta actual y para la futura ampliación.



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

especialmente con la aceptación del público respecto a las instalaciones. 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 generadores de los olores.

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.3

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 Vegetales podridos

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 Pescado podrido Metil Mercaptano

CH3SH 48 0.0021 Vegetales Podridos

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 de los olores de los 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 encontrado más comúnmente en las

instalaciones de tratamiento de aguas residuales.

3 METCALF Y EDDY. WASTEWATER ENGINEERING TREATMENT AND REUSE. FOURTH EDITION MC. GRAW HILL.

NEW YORK. 2003. Pág 1651.


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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.4

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

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

4 Ídem. Pág. 1652



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Ubicación. Fuente / Causa Potencial de Olor

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 Biosolidos en las instalaciones de procesamiento

ALTO

Clarificadores Primarios

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

ALTO/ MODERADO

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 DO, 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 periodos largos de almacenamiento, depósitos de sólidos, e incrementos de temperatura; liberación de olores por turbulencia.

ALTO / MODERADO



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Ubicación. Fuente / Causa Potencial de Olor

Digestión Aeróbica Mezclado incompleto en el reactor. BAJO / MODERADO

Digestión Anaeróbica

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

MODERADO / ALTO

Cuencas de 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

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 substancias 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



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azufre. Y de la descarga industrial de aguas residuales que contienen muchos

compuestos generadores de olores o sustancias que pueden reaccionar con compuestos

de las aguas residuales 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 para las plantas de tratamiento que tienen

sistemas de recolección largos donde condiciones anaeróbicas pueden ser desarrolladas

más fácilmente. Las descargas incluyen reciclos 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 más alto potencial para la liberación de olores ocurre cuando el lodo es

desestabilizado.

Una de las mayores contribuciones de olor para el procesamiento de sólidos y un tema

muy importante a considerar es el corte de sólidos por cizallamiento. Cuando los sólidos

se mezclan por una alta deshidratación, una reducción del tamaño ocurre y la producción

de olores incrementa. El mayor mecanismo que aparece es el de la liberación de un

biopolímero proteínico. Una vez liberado, se degrada y libera 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



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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. El lodo deshidratado no puede ser usado como abono por el incremento de olores.

Así que éste debe ser procesado y dispuesto de la manera más adecuada.

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 observado que los olores pueden ser medidos a concentraciones

puras 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.



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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 a los sistemas

de recolección y tratamiento.

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

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

residuales.

4. Instalación de un retenedor de olores e instalaciones de tratamiento.

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:



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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. 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.

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.



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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 recuperar 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.5

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, reducir las turbulencias; caso de ser necesario, cubrirlos. Evitar el uso de desarenadores aireados.

5 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.6

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.

6 Ídem. Pág. 1659.



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Método Descripción y Aplicación.

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.

Torres de Lavado de Gases

Los gases malolientes se pueden hacer pasar a través de torres de lavado especialmente diseñadas para eliminar olores. Generalmente se añade algún agente químico o biológico.

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 más comúnmente empleados para llevar a cabo el control de olores. El cloro, el ozono y el peróxido de hidrógeno y permanganato de potasio se cuentan entre los oxidantes que se han utilizado. El cloro también limita el desarrollo de películas biológicas.

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.



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Método Descripción y Aplicación.

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.

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 biológicos activos de compost 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 de 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.



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Este incremento de pH reduce la actividad bacteriana y cambia el equilibrio químico

disminuyendo la formación del ion sulfuro.

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.

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.



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TABLA 5. Distancias Amortiguadoras Mínimas Sugeridas de las Unidades de tratamiento

para la recolección de olores7.

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 las zonas amortiguadoras son empleadas, un estudio de olores debe ser ejecutado

para identificar el tipo y la magnitud de la fuente de olores, condiciones meteorológicas,

características de Dispersión y tipo de desarrollo. Árboles que crecen rápidamente son

frecuentemente plantados en el perímetro de las zonas amortiguadoras para reducir el

impacto de los olores.

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:

7 Ídem. Pág. 1660



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TORRES DE LAVADO QUÍMICO.

El objetivo de diseño básico de las torres lavadoras es proveer contacto entre el aire,

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 (3-1)

H2S + NaOCl → S0↓ + NaCl + H2O (3-2)

Reacciones con Permanganato de Potasio.

3 H2S + 2 KMnO4 → 3 S +2 KOH + 2 MnO2 + 2 H2O (pH Ácido) (3-3)

3 H2S + 8 KMnO4 → 3 K2SO4 +2 KOH + 8 MnO2 + 2 H2O (pH Básico) (3-4)

Reacción con Peróxido de Hidrógeno.

H2S + H2O2 → S0↓ + 2H2O pH < 8.5 (3-5)



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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 gases

olorosos cuando otras concentraciones de gases son mínimas. 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.

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

www.severntrentservices.com.



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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.

TABLA 6. Efectividad del hipoclorito de sodio en torres de lavado para remover gases

olorosos.

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.10

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 de hidrocarburos

10 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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presentes en los gases olorosos ya que éstos se adsorben primero que gases como el

sulfuro de hidrógeno ya que 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.

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.

Biofiltros.

Los biofiltros son filtros de lecho empacado y los hay de tipo abierto y cerrado. Como los

gases a tratar se mueven a través del empaque en el biofiltro, dos procesos ocurren

simultáneamente: 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. También el compost en los biofiltros es usualmente aplicado.

Biofiltros Percoladores.

Son esencialmente 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 es recirculado y los nutrientes son frecuentemente

adicionados. Como parte del agua se pierde en el gas saliente del biofiltro se debe

suministrar una corriente de agua. De igual forma se requiere de una corriente de purga



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ya que sales en el liquido se acumulan por el reciclo de agua realizado en el biofiltro. 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.

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 de base líquido. Los

principales tipos de sistema base líquido 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 una cuenca de

aireación. El mayor problema está en la alta corrosión generada por la presencia de

humedad.

Los filtros percoladores son más empleados ya que evitan liberar compuestos olorosos a

la atmosfera, y el control de estos olores es más adecuado debido a que están cubiertos.

PROCESO TÉRMICO

Tres técnicas de proceso térmico han sido usadas:

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 el 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 COVs. 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.



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2. Oxidación catalítica: el proceso de oxidación se da por medio de un catalizador. Se

da a temperaturas entre 600 y 800 °F. Un catalizador es una sustancia que

aumenta la velocidad de reacción a una temperatura determinada sin sufrir apenas

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 aire de exhosto. 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 aire de exhosto y 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. El proceso de lavado químico es

muy eficiente y tiene algunas ventajas por la remoción y la velocidad de reacción con el

acido sulfhídrico

El proceso de absorción en carbón activado es muy bueno pero el cambio ó la

regeneración del carbón activado es muy costosa, por lo 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 ó 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



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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 análisis se concluye que el proceso 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%11, 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.

11 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).

Muchas torres lavadoras son unidades completas (ver figura 4).

Figura 4. Unidad Típica de Torres Lavadoras12.

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 químico13.

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

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

FOURTH EDITION MC. GRAW HILL. NEW YORK. 2003. Pág.1668. 13 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 y problemas de obstrucción.

Los materiales usados 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 seria:

Compost: 50 % en volumen.

Agente de Carga: 50 % en volumen.

1 miliequivalente de CaCO3 /g de material de empaque por peso.



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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 empleadas son de 1.8 m.

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:

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

disminuida. Si el contenido de humedad es elevado, el flujo de aire será restringido y

condiciones anaeróbicas se pueden desarrollar en el lecho. El contenido de humedad

óptimo debe estar entre 50 y 65 % y se define como se muestra en la ecuación (1).



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100sec

% ×⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅⋅⋅+⋅⋅

⋅⋅=⋅⋅⋅

oempaquedemasaaguademasaaguademasaHumedaddeContenido (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 y 45ªC, con un

rango óptimo entre 25 y 35ªC. 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 encontradas 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 Biofiltros14.

Parámetro. Definición.

QV

EBRT 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.

QV

RT f α×= (3)

FAQSLR = (4)

F

Om A

CQSLR

×= (5)

RE = Eficiencia de Remoción. EC = Velocidad de Eliminación (Capacidad), g/m3-h. Ce = Concentración del Gas Efluente, g/m3.

FVQVLR = (6)

F

Om V

CQVLR

×= (7)

100×−

=O

eO

CCC

RE (8)

( )f

eO

VCCQ

EC−⋅

= (9)

14 Ídem. Pág. 1673



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TABLA 9. Factores de Diseño Típicos para Biofiltros15.

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 15-35 15-35 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.

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 conviertan 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.

BACTERIAS FOTOAUTÓTROFAS.

15 Ídem. Pág. 1674



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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 (3-6)

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 electrón

receptor ó 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 (3-7)

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 Microorganismos16.

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

16 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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Condiciones Thiobacillus

ferrooxidans Thiobacillus thiooxidans

Thiobacillus novellus

Thiobacillus thioparus

Thiobacillus denitrificans

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



Facultativa, aerobia

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



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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:

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 metálica. 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.



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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.



Página 41 de 118

Figura 5. Celda de Corrosión para un metal ferroso17.

Figura 6. Curva de polarización del hierro en solución ácida, a pH= 0 y conteniendo 0,01

mol/litro de iones ferrosos18.

‐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 (3-8)

17 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.

18 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. Pág. 258.



Página 42 de 118

222 HeH ⇔++ (3-9)

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.



Página 43 de 118

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

sugerido para la actual planta de tratamiento PTAR El Salitre y su ampliación.

Es importante aclarar que el diseño elaborado corresponde únicamente cuando se

encuentra en funcionamiento uno de los tornillos de la fosa de desbaste, entonces para el

máximo trabajo empleado en la planta correspondiente a 5 tornillos se elaborará el diseño

general con 5 unidades de las sugeridas a continuación.

3.1. DISEÑO PARA EL CONTROL DE OLORES EN LA PLANTA DE TRATAMIENTO PTAR EL SALITRE (Tratamiento de 7.5 m3/s)

3.1.1. DISEÑO VENTILADORES.

Se escoge un ventilador centrífugo, pues a diferencia de otros ventiladores, los

ventiladores centrífugos se emplean para transportar gases en ductos19. Además éstos

permiten transportar gases a través de los ductos generando bajas caídas de presión.

El ventilador diseñado se empleará uno en cada tornillo elevador y otro previo a cada

unidad de sistema de tratamiento de olores.

Para el diseño del ventilador se empleará el manual práctico de ventilación de Salvador

Escoda20.

Para el diseño del ventilador es necesario conocer el espacio disponible en los tornillos

elevadores, pues este será el punto de captación de los olores ya que allí es donde se

19 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. 20 Salvador Escoda S.A. MANUAL PRÁCTICO DE VENTILACIÓN. Segunda Edición. Barcelona.



Página 44 de 118

genera la mayor turbulencia. De acuerdo a la información suministrada por el Acueducto

(ver ANEXO 1) el ancho de los tornillos elevadores es de 3700 mm.

Se tomara una distancia del 22,7% menor al ancho dado por los tornillos, pues se debe

dejar un margen de error para un posterior diseño de detalle. El valor de 22,7 % es una

base de cálculo para el desarrollo del diseño por lo tanto es un valor arbitrario y debe ser

tenido en cuenta por el diseñador de detalle a la hora de implementar un cálculo más

riguroso.

La distancia disponible para el cálculo del ventilador es entonces:

( )227,0⋅−= TornilloTornillopd DDD (10)

Donde:

D pd = Distancia disponible para el ventilador.

D Tornillo: Ancho del Tornillo Elevador.

( ) mmmmmmDpd 1.2860227.037003700 =⋅−=

Empleando la regla 6 y 3 de Rubens E. Pocoví21que dice que por cada 6 diámetros de

ventilador en el ducto de entrada al ventilador debe haber 3 diámetros de ventilador en el

ducto de salida como se observa en la Figura 7, el diámetro para el ventilador será:

6pd

r

DD = (11)

21 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.



Página 45 de 118

Donde:

Dr: Diámetro del Ventilador.

mmmmDr 6.47661,2860

==

Figura 7. Regla 6 y 3 para Ventiladores.

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), la ecuación

empleada es la siguiente:

3

00 ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

r

rVV D

DQQ (12)

Donde:

QV0: Flujo de Referencia.

QV: Flujo de Aire a Determinar.

Dr0: Diámetro Ventilador de Referencia.

Como se muestra en el manual de ventilación (Salvador Escoda), para un ventilador de

450 mm de diámetro el ventilador genera un flujo de 5000 m3/h



Página 46 de 118

Como el diámetro del ventilador a emplear es de 476,6 mm, el flujo de Aire a Tratar es de:

hm

hm

mmmmm

hmQV

3333

594011.5940450

6,4765000 ≅=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

⋅⋅

=

La potencia del ventilador se calcula con la siguiente ecuación:

2

00 ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

r

rFF D

DPP (13)

Donde:

PF: Potencia del Ventilador.

PF0: Potencia Ventilador de Referencia

La potencia o sobrepresión del ventilador diseñado es entonces:

OmmHmmmmOmmHPF 2

2

2 46,13450

6,47612 ⋅=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⋅=

Pasando a unidades de pascales (Pa) la presión de salida del ventilador será:

PaOmmH

PaOmmHPF ⋅=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅

⋅⋅= 132

1033010132546,13

22

De acuerdo a la regla 6 y 3 de E. Pocoví las distancias de los ductos de entrada y salida

del ventilador serán:

rAntes DDis ⋅= 6 (14)

rDespues DDis ⋅= 3 (15)



Página 47 de 118

Donde:

Dis Antes: Distancia de tubería antes del ventilador.

Dis Después: Distancia de tubería después del ventilador.

Entonces:

( ) mmmmDisAntes 8,14296,4766 =⋅=

( ) mmmmDisDespues 6,28596,4763 =⋅=

3.1.1.1. Cálculo Caída de Presión en Ducto de Transporte de H2S de los Tornillos a las unidades de Tratamiento de Olores.

Para la selección del diámetro de la tubería de transporte del aire a tratar y verificar las

bajas caídas de presión generadas por el ventilador se emplean ecuaciones de fluidos

compresibles, la forma de cálculo se desarrollará como lo sugiere J. Spinel22.

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 es una buena suposición el flujo isotérmico. La ecuación planteada por Spinel es la

siguiente:

LrgfG

PP

LngG

TRPP

Hcb

a

c

ba ⋅⋅⋅⋅

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅−

⋅⋅−

22

222

(16)

cteG Aire =⋅= υρ (17)

22 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.



Página 48 de 118

44

2t

t

tH

DD

Dr =

⋅⋅⋅

=π

π (18)

( )( )2

4

t

V

t

V

DQ

AQ

πυ

⋅== (19)

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.

υ : 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 el diseño general (ANEXO 2) y por disponibilidad del terreno

(ver área 1 del Gráfico 3) la longitud de la tubería para transportar el aire a tratar es de

aproximadamente 85 m.

La densidad del aire a tratar se puede calcular con la ecuación (20).

TRMMP Aireatm

Aire ⋅⋅

=ρ (20)



Página 49 de 118

Donde:

ρAire: Densidad del Aire a Tratar en kg/m3.

Patm: Presión Promedio de Bogotá de 560 mmHg23.

MM Aire: Masa Molecular Promedio del Aire a Tratar de 28,9724.

R: Constante universal de los gases con valor de 62.63 mm Hg-L/mol-K

T: Temperatura del Aire a tratar de 288 K25.

Entonces la densidad del aire es:

( )33 899,0

11000

10001899,0

28863,62

97,28560

mkg

mL

gkg

Lg

KKmol

LmmHgmolgmmHg

Aire =⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⋅⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅=

⋅⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

−−

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⋅

=ρ

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

Ksm

Lm

kgg

atmPa

KgatmL

gmolg

KmolatmL

MMRR

Aire ⋅=⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

⋅⋅

=⋅⋅

== 2

23

75,28610001

11000

110132500283,0

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 (21)

Aire

AiretDμ

ρυ ⋅⋅=Re (21)

23 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. 24 METCALF Y EDDY. WASTEWATER ENGINEERING TREATMENT AND REUSE. Fourth Edition Mc. Graw Hill. New York. 2003. Physical Constans. 25 Ídem.



Página 50 de 118

Donde:

µ: Viscosidad del Aire a Tratar de 1,2 x 10-5 Pa-s26.

Se realiza una evaluación de Re a diferentes diámetros entre 0,4 m y 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 fundamentara su selección.

Gráfico 1. Número de Reynolds a Diferentes Diámetros de Ducto para la PTAR El Salitre

Actual.

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 Moody27, éste

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.

26 McCabe. OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUÍMICA. Cuarta Edición. Editorial

Mc. Graw Hill. España. 1996. Apéndice 9. 27 C. Potter. MECÁNICA DE FLUIDOS. Tercera Edición. Editorial Thomson. México. 2002. Página

272. Figura 7.13.



Página 51 de 118

La presión a la salida del ventilador se calcula con la sobrepresión del ventilador y la

presión atmosférica como lo indica la ecuación (22)

atmFa PPP += (22)

Entonces:

PammHg

PammHgPaPa 53,74792760101325560132 =⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

Con todos los cálculos anteriormente realizados, se puede resolver la ecuación (16) 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 PTAR El Salitre Actual.

0123456789

0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2

Delta

P (cm H

2O)

Diámetro Ducto (m)

Caida de Presión a Través de Ducto de Recolección

De acuerdo al Gráfico 2 se escoge un diámetro del ducto de recolección de 0,8 m pues

con éste valor no se generan grandes caídas de presión.



Página 52 de 118

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.

La concentración de sulfuro de hidrógeno se escogió como la máxima reportada en los

resultados de los monitoreos evaluados en el producto 2 del presente contrato28,

correspondiente en peso de H2S a 2100 μg a 25 °C y 760 mm Hg.

Se debe corregir el volumen para 560 mm Hg y 15°C (Condiciones promedio de

Bogotá29) aplicando la ecuación (23):

)273()15273(

560 m

mmc T

PVV

++

⋅⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⋅= (23)

Donde:

Vc: Volumen de aire corregido a 15°C y 560 mm Hg, en litros.

Vm: Volumen de aire muestreado a las condiciones del sitio de medición, en litros.

Pm: Presión absoluta del dato sin corrección en mm Hg

Tm: Temperatura del dato sin corrección en °C.

El volumen corregido es:

28 AIR CLEAN SYSTEMS. S.A. INFORME DE RESULTADOS Y ANÁLISIS DEL MONITOREO DE OLORES EN LA PTAR EL SALITRE. Informe ACS IOL 108 (Producto 2). Tabla 10.

29 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.



Página 53 de 118

( ) ( ) ( )( ) ( ) L

mmHgKLmmHgKVc 5.28

5602527372,2176015273

=⋅+

⋅⋅+=

Entonces la concentración de sulfuro de hidrógeno a las nuevas condiciones es:

3560152 68.7368.73

5.282100

mmg

LggSHdeónConcetraci mmHg

C ===⋅⋅ °μμ

3. Peso Específico del Aire.

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

siguiente ecuación:

MMPTRAiredelEspecíficoPeso

Aire ⋅⋅

==⋅⋅⋅ρ

1 (24)

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 Bogotá (560 mmHg y 15°C) sería:

( )

( ) gL

molgmmHg

KKmoleLmmHg

AiredelEspecíficoPesoAire

1118.197,28560

1527363,621

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⋅

+⋅⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

−−

==⋅⋅⋅ρ

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



Página 54 de 118

38994,08994,01118,1

11mkg

Lg

gLAiredelEspecíficoPesoAire ===

⋅⋅⋅=ρ

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

Metcalf30, 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 esta

concentración 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.

PTRnV ⋅⋅

= (25)

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.

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



Página 55 de 118

P: Presión del Aire a Tratar.

( ) ( )

( ) LmmHg

KKmol

LmmHgmolV ⋅=

+⋅⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

−−

⋅= 21,32

560

1527363,621

2. Estimar el requerimiento de hipoclorito de sodio.

La reacción general es:


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 en su totalidad el

H2S.

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

( ) [ ] ( )52 104,2

2

−××⋅= SHQF VSH (26)

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 (26) 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:



Página 56 de 118

( )díakg

mmg

hmF SH 504,10104,268,735940 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 (27)

díakg

díakgNaOCl díaporquerido 805,9174,8504,10Re =×=⋅⋅

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

a. Determinar el flujo másico del aire.

( ) ( )AireVAire QF ρ⋅= (28)

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:

min04,898994,0

min99 3

3 kgmkgmFAire =⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛⋅⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=



Página 57 de 118

b. Determinar el flujo del agua.

LGAireAgua RFF ×= (29)

Donde:

F Agua: Flujo de Agua en kg/min

RLG: Relación Líquido-Gas (kg H2O/kg Aire a Tratar)

min82,15575,1

min04,89 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.

35,2

2×= SHNaOH FF (30)

Donde:

F NaOH: Flujo de Soda Requerida en Kg/día

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

díakg

díakgFNaOH 68,2435,2504,10 =×⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=



Página 58 de 118

b. Determinar el flujo volumétrico requerido de NaOH.

La cantidad en kg/L de soda al 50% es:

( ) 5,0%50%50 ×= NaOHNaOH ρ (31)

Donde:

NaOH50%: Cantidad de NaOH al 50%.

ρ50%NaOH: Densidad del NaOH al 50 %.

Lkg

LkgNaOH 76,05,052,1%50 =×⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=

El flujo volumétrico de soda se calcula con la ecuación (32).

%50%50

NaOHF

Q NaOHNaOH = (32)

Donde:

Q50%NaOH: Flujo Volumétrico de NaOH al 50 %.

díaL

Lkgdíakg

QNaOH 47,3276,0

68,24%50 ==

Para encontrar las dimensiones de la torre lavadora se empleo el catálogo del ANEXO 3.

En él se observa las diferentes dimensiones para las torres empacadas, pero para

conocer las dimensiones con el flujo de gas que se va a tratar correspondiente a 5940

m3/h (3496 ft3/min) se debe hacer una extrapolación de los datos (suministrados por el



Página 59 de 118

catálogo) los cuales se muestran en la Tabla 11, donde CFM es el flujo de aire a tratar en

ft3/min, D es el diámetro de la torre lavadora y H la altura total de la torre.

TABLA 11. Dimensiones de Torres Lavadoras.

CFM 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

Figura 8. Regresión para el Cálculo de la Altura de la Torre Lavadora.



Página 60 de 118

Figura 9. Regresión para el Cálculo del Diámetro de la Torre Lavadora.

Para la extrapolación de los datos se realiza una regresión de los datos suministrados por

el catálogo y los resultados se observan en las figuras 8 y 9. 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 las figuras 8 y 9 se muestran las ecuaciones de regresión donde x representa el flujo

de aire a tratar. Empleando éstas ecuaciones para el flujo de 3496 ft3/min se obtiene las

dimensiones de la Tabla 12. Estas serian las dimensiones de cada una de las torres

lavadoras para tratar un flujo de aire de 3496 CFM.

TABLA 12. Dimensiones de la Torre Lavadora.

Dimensiones Torre Lavadora ft m

D 5,06 1,54 H 19,22 5,86



Página 61 de 118

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 la figura 10.

Figura 10. Regresión Para Interpolación de Altura de Empaque

En la figura 10 se muestra la ecuación obtenida en la regresión.

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 Metclaf31.

La ecuación (33) ilustra el cálculo de masa de sulfuro.

( ) [ ] ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅⋅=

−

SgHgSSHFM AireS

2

2

2 08.3432

(33)

31 Idem. Pág 1676.



Página 62 de 118

Donde:

MS: Masa de Sulfuro

díaSkg

hSg

SgHgS

mg

hmM S

22

2

2

3

3

77.915.40708.34

32073,05940−−−

==⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

Entonces la C NaOH se calcula como se muestra en la ecuación (34):

S

NaOHNaOH M

FC = (34)

22 53.277,9

68,24−− ==

kgSkgNaOH

díakgS

díakgNaOH

CNaOH

Empleando la ecuación de la figura 10 se tiene que la altura del empaque es:

6,02,1 −⋅= NaOHempaque Ch (35)

Donde:

h empaque: Altura del empaque del lecho en m.

C NaOH: Cantidad de Hidróxido de Sodio en kg NaOH/kg Sulfuro

mkgSulfurokgNaOHhempaque 44,26,053,22,1 =−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅=



Página 63 de 118

FICHA TÉCNICA 1. 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 73,68 mg/m3 de H2S valor de

concentración máximo reportado en el producto 2 del presente contrato.

• 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.



Página 64 de 118

• 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 5940 m3/h dado por el ventilador.

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 Metcalf32de 90 m3/m2-h, pues éste porcentaje menor se tomo 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 él 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 Metcalf33.

4. Calcular el área necesaria para el Biofiltro con la ecuación (36).

aC

VBiofiltro V

QA

arg

= (36)

Donde:

A Biofiltro: Área del biofiltro en m2.

Q V: Flujo de aire a tratar en m3/h

32 Ídem. 33 Ídem



Página 65 de 118

V Carga: Velocidad de Carga en m3/m2-h

2

2

3

3

25,7480

5940m

hmm

hm

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 25,74125,74 mmmV f =⋅=

( ) sh

s

hm

mmQV

EBRTV

f 451

3600

5940

125,743

2

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⋅

⋅==

El tiempo de residencia se encuentra dentro del rango de 30 y 60 s como lo

establece la Tabla 9, así que el cálculo del área es correcto.

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

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

[ ] 332 073.01000

168.73mg

mgg

mmgSH =⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅=

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 que

tanto azufre proviene del H2S para así conocer el volumen requerido para el



Página 66 de 118

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 Metcalf34

( ) [ ] ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅⋅=

−

SgHgSSHFM AireS

2

2

2 08.3432

hSg

SgHgS

mg

hmM S

2

2

2

3

3

15.40708.34

32073,05940−−

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

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.

hmSg

MsV

−

= −

3

2

80 (37)

3

3

2

2

09,580

15,407m

hmSg

hSg

V ⋅=

−

= −

−

Ya que el volumen total hallado de 74,25 m3 es significativamente mayor que el

volumen requerido de 6,78 m3, entonces no hay problema para la remoción del

H2S como lo indica Metcalf35.

34 Ídem. Página 1676. 35 Ídem. Página 1676.



Página 67 de 118

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.

( ) [ ]

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⋅⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛⋅⋅

=⋅

kgg

añodías

díahSHF

SHAire

añopor3

2

2

10

36524 (38)

añokg

kgg

añodías

díah

mg

hm

SH añopor 379810

36524073,05940

3

3

3

2 =

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⋅⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛⋅⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛⋅⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

=⋅

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

(4-1)

H2S + Ca(OH)2 + 2O2 → CaSO4 + 2H2O (4-1)

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 añosSHkgOHCakg

SHM ⋅⋅ ⋅⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅⋅

⋅= 2)(05,2

2

22)( 2

(39)

Donde:

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



Página 68 de 118

22

22)( )(8,155712)(05,23798

2OHCakgaños

SHkgOHCakg

añoSkgHM ÚtilVidaOHCa ⋅⋅=⋅⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅⋅

⋅⎟⎠⎞

⎜⎝⎛= ⋅

Se necesitan 15571,8 kg de Ca (OH)2 para 2 años de vida útil.

FICHA TÉCNICA 2. 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 PROCENTAJE RESTANTE EL BIOFILTRO (30%).

La eficiencia de remoción como lo indica la literatura36 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.

36 Ídem. Página. 1663. Tabla 15-11.



Página 69 de 118

Para un diseño más detallado se podría evaluar diferentes opciones de remoción

graficando costos, 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 Rodríguez37.

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.

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%38, 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 mas

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.


37 Ignacio Rodríguez. INGENIERO QUÍMICO MAGISTER EN INGENIERÍA QUÍMICA. Universidad Nacional de Colombia. Sede Bogotá. 38 Ídem. Figura 15-15



Página 70 de 118






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 (26).

( ) [ ] ( )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:

[ ] 332 576,517.068.73mmg

mmgSH =×⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=

Empleando la ecuación (26), la cantidad de sulfuro de hidrógeno a tratar por día

es:

( )díakg

mmg

hmF SH 3527,7104,2576,515940 5

3

3

2=⋅××⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛⋅⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛= −


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 (27) se tiene:



Página 71 de 118

( ) 74,82Re ×=⋅⋅ SHdíaporquerido FNaOCl

díakg



a. Determinar la velocidad de flujo másico del aire.

Empleando la ecuación (28) se tiene:

min04,898994,0

min99 3

3 kgmkgmFAire =⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛⋅⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

b. Determinar la velocidad de flujo del agua empleando la ecuación (29).

LGAireAgua RFF ×=

Entonces:

min82,15575,1


⎠⎞

⎜⎝⎛=




a. Especificar la cantidad de NaOH requerida empleando la ecuación (30).

35,22×= SHNaOH FF



Página 72 de 118

díakg

díakgFNaOH 28,1735,23527,7 =×⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=

b. Determinar el volumen requerido de NaOH.

La cantidad en kg/L de soda al 50% empleando la ecuación (31) es:

Lkg

LkgNaOH 76,05,052,1%50 =×⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=

El flujo volumétrico de soda se calcula con la ecuación (32):

díaL

Lkgdíakg

QNaOH 74,2276,0

28,17%50 ==

Para encontrar las dimensiones de la torre lavadora se emplea el mismo cálculo de la

sección 4.1.1, 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 12

exceptuando la altura del empaque que depende de la concentración de H2S.

TABLA 13. Dimensiones de la Torre Lavadora para Tratar el 70% del Flujo.

Dimensiones Torre Lavadora Pies Metros

D 5,06 1,54 H 19,22 5,72

Para la altura del empaque se empleará la ecuación de la figura 10, 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 (33), entonces:



Página 73 de 118

( ) [ ] ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅⋅=

−

SgHgSSHFM AireS

2

2

2 08.3432

díaSkg

hSg

SgHgS

mg

hmM S

22

2

2

3

3

84.628508.34

320511,05940−−−

==⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

Entonces la cantidad de hidróxido de sodio se calcula como lo indica la ecuación (34):

S

NaOHNaOH M

FC =

22 52,284,6

28,17−− ==

kgSkgNaOH

díakgS

díakgNaOH

CNaOH


6,02,1 −⋅= NaOHempaque Ch

( ) mhempaque 42,26,052,22,1 =−⋅=

La estructura del lavador y el ventilador se puede observar en el esquema presentado en

el ANEXO 4.



Página 74 de 118

CÁLCULOS PARA EL BIOFILTRO CON EL 30% DE H2S RESTANTE

CORRESPONDIENTES A 3,1055 Kg/día.

Los cálculos y resultados para el biofiltro son exactamente iguales que en la sección

3.1.2. 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.



Como en la torre lavadora ya se ha realizado una remoción del 70% ahora hay

que calcular la concentración del restante 30%.

[ ] 332 0219,03,0073.0mg

mgSH =×=


Se determina la carga de azufre como S-2, pues el interés está en conocer que

tanto azufre proviene del H2S para así conocer 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 Metcalf39

39 Ídem. Página 1676.



Página 75 de 118

hSg

SgHgS

mg

hmM S

2

2

2

3

3

13.11708.34

320219,05940−−

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

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.

3

3

2

2

46,180

13.117m

hmSg

hSg

V ⋅=

−

= −

−



H2S como lo indica Metcalf40..

7. Calcular la masa del compuesto amortiguador necesario para neutralizar el

ácido formado como resultado del tratamiento.


añokg

kgg

añodías

díah

mg

hm

SH añopor 5,113910

365240219,05940

3

3

3

2 =

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⋅⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛⋅⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛⋅⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

=⋅

b. Calcular la masa de compuesto amortiguador requerido empleando la

reacción (4-1)




Página 76 de 118

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 (39) es:

22

22)( )(9.46692)(05,25.1139

2OHCakgaños

SHkgOHCakg


⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅⋅

⋅⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=⋅ ⋅


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

De acuerdo con el Gráfico 3, la ubicación de las instalaciones para el tratamiento de

olores en la actual y futura ampliación de la PTAR El Salitre se puede realizar en los

recuadros marcados en rojo. El área 1 corresponde a la zona en donde se ubicarían las

instalaciones correspondientes al tratamiento de olores a la planta de tratamiento actual

(Fase I) y el área 2 corresponde a la ubicación de las instalaciones para el tratamiento de

olores a la ampliación de la planta de tratamiento. Se escogió la opción mixta de diseño

(sección 3.1.3) ya que con ésta se puede asegurar un amplio porcentaje de remoción del



Página 77 de 118

H2S (cerca del 100%) de acuerdo a los cálculos proyectados y a la combinación de

componentes de tratamiento físicos (lavador) y biológicos (biofiltro).

El sistema de captación de H2S se puede observar en el ANEXO 5.

3.2. DISEÑO PARA EL CONTROL DE OLORES EN LA PLANTA DE TRATAMIENTO PTAR EL SALITRE CON AMPLIACIÓN (Tratamiento de 14 m3/s)

Como se observa en el ANEXO 6, en la ampliación se considera otro sistema de

captación de agua, al aumentar la capacidad de tratamiento, se aumenta la cantidad de

flujo de H2S a tratar. Sin embargo por cada punto de captación hay que hacer un sistema

de tratamiento de olores.

El punto de donde se capturaran los olores se muestra en el recuadro azul del Gráfico 4.

Para ver mayor ampliación de la zona de bombeo ver el ANEXO 7. Se selecciona este

punto porque es donde hay mayor turbulencia debido a la descarga de las aguas para

tratamiento.

De acuerdo al Gráfico 4 y la información suministrada por el Acueducto, las bombas de

succión que se tienen destinadas para la estación de bombeo son 6 y 2 futuras, entonces

al igual que los tornillos elevadores se relaciona que por cada bomba de succión se

implementará una unidad de tratamiento de olores, en este caso se tomaran 6 bombas de

la estación de bombeo que son las que se tienen planteadas para la ampliación.



Página 78 de 118

Gráfico 3. Plano de Sitio Final Ampliación PTAR Salitre41. (ANEXO 6)

41 Información Suministrada por el Acueducto.



Página 79 de 118

3.2.2. DISEÑO DE VENTILADORES.

Se diseñaran dos ventiladores para el sistema de tratamiento de olores de la futura

ampliación de la PTAR El Salitre. Al igual que el diseño para la planta actual, los

ventiladores se escogerán centrífugos.

VENTILADOR 1.

El primer ventilador se calculará para la succión de aire a tratar en la estación de bombeo.

El aire a tratar se saca por relación directa con el aire a tratar de la planta actual, es decir,

si para la planta actual que trata un flujo de aire de 5940 m3/h por tornillo, equivalentes a

29700 m3/h para los cinco tornillos que manejan un caudal de agua residual de 7.5 m3/s,

se tiene entonces que para la ampliación establecida a un caudal de agua residual de 14

m3/s, el flujo de aire a tratar será de:

hm

sms

m

hmQV

3

3

3

3

554405,7

1429700 =

⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

⋅=

Empleando la ecuación (12) se calcula el diámetro del ventilador a emplear para

succionar los gases de la estación de bombeo y empleando los valores de referencia de la

sección 3.1.1 se tiene:

( ) ( ) mmmm

hm

hm

DQQ

D rV

Vr 45,1003450

5000

554403/1

3

3

0

3/1

0

=⋅

⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

=⋅⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

Entonces la potencia del ventilador utilizando la ecuación (13) es:



Página 80 de 118

PaOmmHmm

mmOmmHDDPP

r

rFF 28,58567,59

45045,100312 2

2

2

2

00 ==⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛⋅=⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

De acuerdo a la regla 6 y 3 de la Figura 7 y empleando las ecuaciones (14) y (15) se tiene

que la distancia antes y después de la tubería es de:

( ) mmmmDDis rAntes 7,602045,100366 =⋅=⋅=

( ) mmmmDDis rDespues 4,301045,100333 =⋅=⋅=

El esquema del ventilador se puede observar en el ANEXO 8

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 es:

hmh

m

QV

3

3

92406

55440==

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

( ) ( ) mmmm

hmh

m

DQQ

D rV

Vr 22,552450

5000

92403/1

3

3

0

3/1

0

=⋅

⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

=⋅⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

La potencia del ventilador entonces será:



Página 81 de 118

PaOmmHmm

mmOmmHDDPP

r

rFF 25,17707,18

45022,55212 2

2

2

2

00 ==⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛⋅=⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

De acuerdo a la regla 6 y 3 de la Figura 7 y empleando las ecuaciones (14) y (15) se tiene

que la distancia antes y después de la tubería es de:

( ) mmmmDDis rAntes 331322,55266 =⋅=⋅=

( ) mmmmDDis rDespues 66,165622,55233 =⋅=⋅=

El esquema del ventilador se puede observar en el ANEXO 9

3.2.2.1. Cálculo Caída de Presión en Ducto de Transporte de H2S de la Estación de Bombeo a las unidades de Tratamiento de Olores.

El cálculo de caída de presión se realizará igual que como se desarrolló en el numeral

3.1.1.1.

Como se puede observar en el diseño general (ANEXO 9) y por disponibilidad del terreno

(ver área 2 del Gráfico 3) la longitud de la tubería para transportar el aire a tratar es de

aproximadamente 123 m.

Empleando la ecuación (21) y siguiendo los mismos parámetros de la sección 3.1.1.1 se

tiene el siguiente Gráfico:



Página 82 de 118

Gráfico 4. Estación de Bombeo para la Ampliación PTAR Salitre42 (ANEXO 7).

42 Información Suministrada por el Acueducto.



Página 83 de 118

Gráfico 5. Número de Reynolds a Diferentes Diámetros de Ducto para la Ampliación

PTAR El Salitre.

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 Moody43, éste

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 (22).

atmFa PPP +=

La sobrepresión se toma del Ventilador 1, pues éste es el que se encarga de llevar el aire

a tratar de la estación de bombeo a las unidades de tratamiento de olores y por lo tanto es

el que determina la caída de presión en el ducto de recolección.

Entonces:

43 C. Potter. MECÁNICA DE FLUIDOS. Tercera Edición. Editorial Thomson. México. 2002. Página

272. Figura 7.13.



Página 84 de 118

PammHg

PammHgPaPa 81,7224576010132556028,585 =⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

Aplicando los mismos criterios de la sección 3.1.1.1 y empleando la ecuación (16) a

diferentes diámetros de ducto el resultado de caída de presión se observa en el Grafico 6.

Gráfico 6. Caída de Presión a Través del Ducto de Recolección de Aire a Tratar para el

Sistema de Tratamiento Instalaciones Ampliación PTAR El Salitre.

De acuerdo al Gráfico 6 se escoge un diámetro del ducto de recolección de 1,5 m pues

con éste valor no se generan grandes caídas de presión.

3.2.3. DISEÑO DE UN SISTEMA CON LAVADOR Y BIOFILTRO. SUPONIENDO QUE EL LAVADOR TRATA EL 70% DEL H2S Y EL PORCENTAJE RESTANTE EL BIOFILTRO.

Como se observa en la sección 3.1 el sistema más adecuado para el tratamiento de

olores es el sistema integrado que trata el 70% del H2S en la primera etapa (Torre

Lavadora) y el restante en la segunda etapa (Biofiltro). Por tal motivo solo se realizaran

los cálculos de ésta opción para las instalaciones de la futura ampliación de la PTAR El

Salitre.



Página 85 de 118

Al igual que para el diseño de las instalaciones de la PTAR El Salitre Actual, Para un

diseño más detallado del sistema de olores para la ampliación de la PTAR El Salitre se

podría evaluar diferentes opciones de remoción graficando costos, áreas contra relación

observando cuál sería la mejor opción. Sin embargo a continuación se muestra el

resultado para una relación 70% a 30% al igual que se realizó en el diseño de tratamiento

de olores de la actual PTAR El Salitre.

PARA LA TORRE LAVADORA.

Los requerimientos son iguales que los del numeral 3.1.2 a diferencia de que la

concentración de H2S es 1,867 veces mayor a la que se genera en las instalaciones

de la planta actual, factor obtenido de los caudales de agua residual manejados tanto

en la PTAR Actual como la Ampliación como se muestra en la ecuación (40).

Actual

Ampliación

QQ

Factor = (40)

Donde:

Factor: factor multiplicador en el que aumentan las concentraciones de H2S en la

ampliación de la PTAR El Salitre.

Q Ampliación: Cauda a Manejar de Agua Residual para la Ampliación.

Q Actual: Cauda a Manejar de Agua Residual para la PTAR Actual.

867,15,7

143

3

==

sms

m

Factor

Entonces la concentración de H2S para las instalaciones de la ampliación de la PTAR

El Salitre es:



Página 86 de 118

( ) 3560152 57,13757,137867,1

5.282100

mmg

LggSHdeónConcetraci mmHg

C ==⋅=⋅⋅ °μμ

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.







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

(26).

( ) [ ] ( )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:



Página 87 de 118

[ ] 332 299,967.057,137mmg

mmgSH =×⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=

Empleando la ecuación (26), la cantidad de sulfuro de hidrógeno a tratar por día

es:

( )díakg

mmg

hmF SH 36,21104,2299,969240 5

3

3

2=⋅××⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛⋅⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛= −


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 (27) se tiene:

( ) 74,82Re ×=⋅⋅ SHdíaporquerido FNaOCl

díakg



a. Determinar la velocidad de flujo másico del aire.

Empleando la ecuación (28) se tiene:

min52,1388994,0

min02,154 3

3 kgmkgmFAire =⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛⋅⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

b. Determinar la velocidad de flujo del agua empleando la ecuación (29).



Página 88 de 118

LGAireAgua RFF ×=

Entonces:

min41,24275,1


⎠⎞

⎜⎝⎛=




a. Especificar la cantidad de NaOH requerida empleando la ecuación (30).

35,22×= SHNaOH FF

díakg

díakgFNaOH 196,5035,236,21 =×⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=

b. Determinar el volumen requerido de NaOH.

La cantidad en kg/L de soda al 50% empleando la ecuación (31) es:

Lkg

LkgNaOH 76,05,052,1%50 =×⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=

El flujo volumétrico de soda se calcula con la ecuación (32):

díaL

Lkgdíakg

QNaOH 05,6676,0

196,50%50 ==



Página 89 de 118

Para encontrar las dimensiones de la torre lavadora se emplea el mismo cálculo de la

sección 4.1.1, el flujo de aire a tratar es de 5438,45 ft3/min. Así que las dimensiones de la

torre empleando las ecuaciones de las Figuras 8 y 9, entonces el diámetro y la altura de la

torre lavadora son:

mftftD 60,126,57146,4min

45,54380001,03

==+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅=

mftftftH 16,621,2064,17min

45,543800047,0min

45,5438105323

9 ==+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅×−= −

TABLA 14. Dimensiones de la Torre Lavadora para Tratar el 70% del Flujo.

Dimensiones Torre Lavadora Pies Metros

D 5,26 1,60 H 20,21 6,16

Para la altura del empaque se empleará la ecuación de la figura 10, 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 (33), entonces:

( ) [ ] ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅⋅=

−

SgHgSSHFM AireS

2

2

2 08.3432

díaSkg

hSg

SgHgS

mg

hmM S

22

2

2

3

3

97,1903,83208.34

3200963,09240−−−

==⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

Entonces la cantidad de hidróxido de sodio se calcula como lo indica la ecuación (34):

S

NaOHNaOH M

FC =



Página 90 de 118

22 514,297,19

196,50−− ==

kgSkgNaOH

díakgS

díakgNaOH

CNaOH


6,02,1 −⋅= NaOHempaque Ch

( ) mhempaque 42,26,0514,22,1 =−⋅=

CÁLCULOS PARA EL BIOFILTRO CON EL 30% DE H2S RESTANTE

CORRESPONDIENTES A 9,114 Kg/día.

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 41,271 mg/m3 de H2S, valor

correspondiente al 30% del sulfuro de hidrógeno que ingresa a la torre lavadora.

• 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:



Página 91 de 118

1. Flujo de aire a tratar.

El flujo de aire a tratar es de 9240 m3/h dado por el ventilador.

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 Metcalf44de 90 m3/m2-h, pues éste porcentaje menor se tomo 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 él 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 Metcalf45.

4. Calcular el área necesaria para el Biofiltro con la ecuación (36).

2

2

3

3

5,11580

9240m

hmm

hm

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 5,11515,115 mmmV f =⋅=

44 Ídem. 45 Ídem



Página 92 de 118

( ) sh

s

hm

mmQV

EBRTV

f 451

3600

9240

15,1153

2

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⋅

⋅==

El tiempo de residencia se encuentra dentro del rango de 30 y 60 s como lo

establece la Tabla 9, así que el cálculo del área es correcto.



Como en la torre lavadora ya se ha realizado una remoción del 70% ahora hay

que calcular la concentración del restante 30%.

[ ] 332 0411,03,0137.0mg

mgSH =×=


Se determina la carga de azufre como S-2, pues el interés está en conocer

que tanto azufre proviene del H2S para así conocer 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 Metcalf46

hSg

SgHgS

mg

hmM S

2

2

2

3

3

58,35608.34

320411,09240−−

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=




Página 93 de 118

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.

3

3

2

2

45,480

58,356m

hmSg

hSg

V ⋅=

−

= −

−



H2S como lo indica Metcalf47..

7. Calcular la masa del compuesto amortiguador necesario para neutralizar el

ácido formado como resultado del tratamiento.


añokg

kgg

añodías

díah

mg

hm

SH añopor 73,332610

365240411,09240

3

3

3

2 =

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⋅⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛⋅⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛⋅⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

=⋅

b. Calcular la masa de compuesto amortiguador requerido empleando

la reacción (4-1).

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 (39) es:




Página 94 de 118

22

22)( )(59,136392)(05,273,3326

2OHCakgaños

SHkgOHCakg


⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅⋅

⋅⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=⋅ ⋅


FICHA TÉCNICA 4. Resumen Opción Mixta (Torre Lavadora y Biofiltro) para Ampliación.

3.3. MATERIALES Y ESPECIFICACIONES DEL DISEÑO.

A continuación se darán algunas especificaciones que se recomiendan para el diseño de

tratamiento de olores tanto para la actual planta de tratamiento como las instalaciones

consideradas para la ampliación de la planta de tratamiento:

• Una geomembrana que cubra cada tornillo

• 1 ventilador por tornillo.

• 1 torre lavadora por tornillo que esté trabajando.

• 1 ventilador a la entrada de cada torre lavadora.

• 1 compuerta a la salida de cada tornillo.

• 1 compuerta a la entrada de cada torre lavadora.



Página 95 de 118

• 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 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 10, en este anexo se muestra un video en dos partes de la Planta

de Tratamiento de Aguas Residuales de la Planta de Cañaveralejo ubicada en Cali que

sirve como muestra para un posterior diseño de detalle en la PTAR El Salitre 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.

3.4. REQUERIMIENTO DE ÁREA PARA PLANTAS DE TRATAMIENTO DE OLORES.

El área necesaria para la planta de tratamiento de olores en las instalaciones actuales de

la PTAR El Salitre consta de 5 torres de absorción cada una con su respectivo ventilador y

válvula de entrada y acopladas a 4 biofiltros y que necesitan para su ubicación un área de

15 m de ancho por 50 m de largo.

La ubicación de las instalaciones para el tratamiento de olores en la futura ampliación se

plantea ubicar en el recuadro correspondiente al área 2 del Gráfico 1, cerca de la estación

de bombeo y de los desarenadores. Este sitio es una de las áreas libres que está más

cercana a la estación de bombeo. Para la ubicación de éstas instalaciones se necesitan

21 m de ancho y 48 m de Largo.



Página 96 de 118

4. MODELAMIENTO DISPERSION DE OLORES CON LAS NUEVAS CONDICIONES.

En esta sección se presenta el modelamiento de dispersión de olores para las actuales

instalaciones de la PTAR El Salitre (Fase I) sin tratamiento de olores, para las

instalaciones proyectadas en la ampliación (Fase II) sin tratamiento de olores y para la

condición futura implementado el sistema de tratamiento de olores con el fin de comparar

el impacto que tiene el tratar o no los olores generados.

El modelamiento elaborado se hizo a la condición más crítica que corresponde a la

deposición seca con el objeto de conocer las máximas concentraciones que se pueden

encontrar en el modelo de dispersión.

Para conocer las ecuaciones y la teoría del modelo de dispersión empleado se puede

consultar en la sección 3 del informe ACS IOL 109 correspondiente al producto 3 del

presente contrato48.

En la Tabla 14 se muestran los datos de emisión de olores calculados en el producto 3 del

presente contrato para desarrollar el primer modelamiento.

TABLA 14. Emisiones Estimadas Mediante la simulación de la Planta sin Tratamiento de

Olores, Fase I (Software Water 9).

ELEMENTO UNIDADES VALOR Estructura de toma de agua

(tornillos de elevación) g/s 0,8

Canales de aireación (desengrasado desarenado) g/s 1,0

Decantador primario g/s 0,07 Espaciado libre del decantador g/s 0,0001

Espesador de lodos g/s 0,04 Descarga al cuerpo de agua g/s 0,03

48 AIR CLEAN SYSTEMS S.A. INFORME DE CALIBRACIÓN E IMPLEMENTACIÓN DEL MODELO DE

DISPERSIÓN DE SULFURO DE HIDRÓGENO EN LA ZONA DE INFLUENCIA DE LA PTAR EL SALITRE. Producto 3 (Informe ACS IOL 109) contrato 2-02-26100-0159-2010.



Página 97 de 118

El resultado del modelamiento empleando los datos de la Tabla 14 se puede observar en

el ANEXO 11 - FASE I SIN TRATAMIENTO PTAR. El rango empleado para la dispersión

de olores va de 0,1 a 25 µg de H2S/ m3 de aire y la máxima concentración reportada por el

modelo es de 112,13 µg de H2S/ m3. Pues se observa una pluma de dispersión con

concentraciones de contaminante por encima de la norma establecida en la resolución

610 de 2010 de 7 µg de H2S/ m3. Esto ocurre para las instalaciones actuales de la PTAR

sin considerar sistema de tratamiento de olores.

Para determinar las emisiones de sulfuro de hidrógeno de la PTAR El Salitre con la

ampliación planteada en el Gráfico 3. Se empleó el programa WATER 9 que estima a

través de fenómenos de transporte la emisión de contaminantes a la atmosfera en

sistemas de tratamiento convencionales para aguas residuales.

En la Figura 11, se ilustra el sistema de tratamiento modelado. El afluente es captado por

un sistema de tornillos que es representado por un sistema de colección abierto (Open

Trench). El cribado es representado por un sistema de barras (bar screen) para eliminar

los sólidos del afluente. Posteriormente encontramos un sistema de canales con aireación

forzada en los cuales se realiza el desarenado-desengrasado y se adiciona el coagulante

y el floculante, este sistema es representado mediante un sistema de aireación y

desarenado (Aerated flow chanel). El sistema de sedimentación primaria es simulado

mediante un tanque abierto donde los sólidos sedimentan esta unidad se denomina como

clarificador primario (primary municipal clarifier). Adicionalmente en esta unidad se

recomienda modelar el espaciamiento o volumen libre del decantador para estimar el

aporte del estancamiento hacia la atmósfera y determinar si es significativo. Finalmente se

encuentra el espesador de lodos que está representado por un tanque de ecualización, el

tratamiento secundario y la descarga del agua tratada al cuerpo de agua.



Página 98 de 118

Figura 11. Configuración empleada para la simulación

Donde,

1: Unidad 1: Estructura de toma de agua (tornillos de elevación)

2: Unidad 2: Cribado fina.

3: Unidad 3: Canales de aireación (desengrasado desarenado). Adición del coagulante y

el floculante.

4: Unidad 4: Decantador Primario.

5: Unidad 5: Espaciado libre del decantador (Volumen libre del tanque o espaciamiento

donde quedan suspendidos los gases).

6: Unidad 6: Espesadores de lodos.

7: Unidad 7: Tratamiento Secundario.

8: Unidad 8: Descarga a cuerpo hídrico.

Cada unidad fue simulada de acuerdo con las dimensiones geométricas de diseño, la

información técnica para la realización del modelamiento a través del software WATER9

fue suministrada por la EAAB.

En la Tabla 15 se presentan los resultados de las emisiones por cada unidad dada por la

simulación.



Página 99 de 118

Tabla 15. Emisiones estimadas mediante la simulación (Software Water 9)





Decantador Secundario g/s 0.08 Espesador de lodos g/s 0,04

Descarga al cuerpo de agua g/s 0,03

Con los resultados obtenidos en la Tabla 15 se desarrolla el segundo modelo de

dispersión para la condición más crítica correspondiente a la deposición seca

correspondiente a la Fase II de la PTAR El Salitre. El mapa de dispersión se muestra en

el ANEXO 11- FASE II SIN TRATAMIENTO PTAR. El rango empleado para la dispersión

de olores va de 1 a 25 µg de H2S/ m3 de aire y la máxima concentración reportada por el

modelo es de 112.13 µg de H2S/ m3.

Por acción del tratamiento de olores, las nuevas emisiones y las que se alimentaran al

modelo de dispersión serán las mostradas en la Tabla 16, pues se supone una eficiencia

de remoción del 90 %, este valor es una base de cálculo para comparar el impacto de

implementar o no un sistema para el tratamiento de olores. Aunque la literatura reporta

eficiencias de remoción mayores, se supone un porcentaje menor como criterio de

sobredimensionamiento para un posterior diseño de detalle.

TABLA 16. Emisiones estimadas Suponiendo una Reducción del 90% en las emisiones.





Espesador de lodos g/s 0,004 Descarga al cuerpo de agua g/s 0,003



Página 100 de 118

Con los resultados obtenidos en la Tabla 16 se desarrolla el último modelo de dispersión

para la condición más crítica correspondiente a la deposición seca. Se muestra la

condición futura de la PTAR El Salitre y el mapa de dispersión se puede observar en el

ANEXO 11-CONDICIÓN FUTURA PTAR CON TRATAMIENTO. El rango empleado para

la dispersión de olores va de 1 a 5 µg de H2S/ m3 de aire y la máxima concentración

reportada por el modelo es de 11,21 µg de H2S/ m3.

Como se puede observar tanto para la condición con y sin tratamiento de olores al

considerar tratamiento de olores, la concentración máxima disminuye de 112,13 µg de

H2S/ m3 a 11,21 µg de H2S/ m3. La reducción permite establecer concentraciones por

debajo de 7 µg de H2S/ m3 en las zonas residenciales (ver rango de concentraciones

ANEXO 11- CONDICIÓN FUTURA PTAR CON TRATAMIENTO) como lo exige la

Resolución 610 de 2010 del Ministerio de Medio Ambiente, Vivienda y Desarrollo

Territorial.



Página 101 de 118

5. CORROSIÓN.

La velocidad de corrosión del hierro en la solución ácida está dada por el punto donde la

corriente de oxidación (reacción 3-8) y la corriente de reducción (reacción 3-9) son iguales

y corresponden a la reacción total o neta.

22 HFeHFe +⎯→⎯+ +++ (7-1)

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 en el

presente experimento es:

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

−−

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

añodías

días

inmills

cmin

gcm

geqg

mAA

sAgeq

cmmAicorr 1

3651

864001

1054,21

8,71

28,55

101

965001162,0

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 HS generara un desgaste por corrosión en 10 años de:

( ) cminañosmillsinmpyañosenDesgaste 88.174.010

1000155,7410 ===⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=⋅⋅⋅



Página 102 de 118

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 indicaran algunas formas de cómo contrarrestar los contaminantes

que afectan la calidad del aire mencionados en los productos 1 y 4 del presente

contrato49.

• En los planos de la ampliación suministrados por la EAAB, no se observa espacio

suficiente para la ubicación del sistema para el control de olores. Se sugiere que se

disponga el área suficiente para las plantas de tratamiento de olores. Al ampliar la

capacidad máxima de la planta a 21,5 m3/s, los problemas de generación de olores se

duplicarán y por consiguiente los problemas de corrosión de todas las superficies

metálicas se verán expuestas a un mayor ataque por las diferentes especies

corrosivas. El aspecto de higiene industrial para los trabajadores de la planta,

contratistas y visitantes se verá afectado por este tipo de contaminación.

• Las unidades de la ampliación, en donde se hará la captación de las aguas crudas no

es necesario reubicarlas, solamente modificar los espacios cercanos al sistema de

bombeo subterráneo, para implementar un sistema de control de olores, suponiendo

una generación de ácido sulfhídrico, igual a la actual.

• 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.

49 Ing. Juan Carlos Mendoza. INFORME DE CALIBRACIÓN E IMPLEMENTACIÓN DEL MODELO DE

DISPERSIÓN DE CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS EN LA ZONA DE INFLUENCIA DE LA PTAR EL SALITRE Producto 4 (Informe ACS ICA 140) contrato 2-02-26100-0159-2010.

Ing. Juan Carlos Mendoza. INFORME DE EVALUACIÓN DE CALIDAD DEL AIRE COMO LÍNEA BASE DE LA AMPLIACIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES EL SALITRE.Producto 1 (Informe ACS ICA 134) contrato 2-02-26100-0159-2010.



Página 103 de 118

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

implementar algún sistema de control propuesto, dentro de la planta de tratamiento El

Salitre.

• Se recomienda confinar (implementar una tapa hermética) las unidades existentes y

las previstas en la ampliación; es decir, confinar: sedimentadores, espesadores,

bombas de trabajo y disponer de tapas en PVC sobre los tornillos para evitar daños y

deterioro por corrosión del sulfuro de hidrógeno a las unidades metálicas, en caso de

no desarrollar un sistema de tratamiento de olores y considerando la ampliación a

8m3/s, la corrosión por año sería el doble a la causada por la actual planta de

tratamiento, equivalente a 149.1 mills por año ó 0.38 cm por año.

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

particulado se recomienda disponer de aspersores de agua para mantener, los

tramos carreteables humectados y evitar el levantamiento de éste.

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

como el caso de las calderas y los electrógenos, se encuentren dentro de los límites

normativos estipulados, a fin asegurar que la dispersión de estos contaminantes este

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 animo de no afectar la calidad del aire por fuentes móviles es importante

solicitar a todos los vehículos que se requieran en la etapa de ampliación como de

operación de la PTAR el Salitre, la revisión tecnicomecanica, 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:



Página 104 de 118

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

marcadamente la formación de NO 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 17.

• 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).



Página 105 de 118

TABLA 17. Tecnologías para la reducción de SO250.

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

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



Página 106 de 118

BIBLIOGRAFÍA.

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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.

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[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.

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[10]. Rubens E. Pocoví. DESCRIPCIÓN Y DISEÑO DE LOS SISTEMAS DE VENTILACIÓN INDUSTRIAL. Universidad Nacional de SALTA. Ediciones MAGNA

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[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.

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[13]. C. Potter. MECÁNICA DE FLUIDOS. Tercera Edición. Editorial Thomson. México.

2002.



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ANEXO 1 DIMENSIONES TORNILLOS ELEVADORES PTAR SALITRE



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ANEXO 2 PLANTA ACTUAL DETALLES



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ANEXO 3 CATÁLOGO DIMENSIONES SCRUBBERS



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ANEXO 4 PLANTA ACTUAL DETALLES



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ANEXO 5 PLANTA ACTUAL TORNILLO



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ANEXO 6 PLANO DE SITIO FINAL AMPLIACIÓN PTAR SALITRE



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ANEXO 7 ESTACIÓN DE BOMBEO



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ANEXO 8 AMPLIACIÓN DETALLES



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ANEXO 9 DISEÑO GENERAL AMPLIACIÓN



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ANEXO 10 PTAR CAÑAVERALEJO CALI



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ANEXO 11 MODELOS DE DISPERSIÓN

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