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DISEO DE UNA EDARI DE UNA
INDUSTRIA DEL SECTOR AUTOMVIL
Promocin 2012 -2013
AUTORES: Clara Agustn Ingelmo
Laura Ferrer Fernndez Blanca Sabadell Lpez De Arbina
TUTOR:
Juan Antonio Sainz Sastre
Esta publicacin est bajo licencia Creative
Commons Reconocimiento, Nocomercial, Compartirigual, (by-
nc-sa). Usted puede usar, copiar y difundir este documento o
parte del mismo siempre y cuando se mencione su origen, no
se use de forma comercial y no se modifique su licencia. Ms
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Master en Ingeniera y Gestin del Agua
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DISEO DE UNA EDARI DE UNA INDUSTRIA AUTOMOVILSTICA Clara Agustn, Laura Ferrer y Blanca Sabadell
EOI Escuela de Organizacin Industrial http://www.eoi.es
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ndice
1. Antecedentes .............................................................. 3
2. Bases de diseo ........................................................... 4
2.1. Datos de partida .......................................................... 4
2.2. Lmite del vertido ......................................................... 5
2.2.1. Importancia medioambiental de metales pesados en el medio..6
2.2.2. Importancia medioambiental de los fosfatos en el medio.6
3. Proceso propuesto ........................................................ 6
3.1. Pretratamiento ............................................................ 6
3.1.1. Lnea de aguas de desengrasado y fosfatacin .............. 7
3.1.2. Lnea de aguas crmicas ........................................... 8
3.1.3. Lnea de aguas de cataforesis ..................................... 9
3.2. Tratamiento conjunto - primera etapa .............................. 10
3.3. Tratamiento conjunto - segunda etapa .............................. 12
3.4. Lnea de fangos .......................................................... 14
4. Resultados obtenidos .................................................... 15
4.1. Resumen del diseo de los equipos .................................. 15
4.1.1. Pretratamiento ................................................... 15
4.1.2. Tratamiento conjunto - primera etapa .......................... 17
4.1.3. Tratamiento conjunto - segunda etapa ....................... 17
4.1.4. Lnea de fangos ................................................... 18
4.2. Dosificacin de reactivos .............................................. 19
4.3. Sistema de bombeo ..................................................... 19
5. Instrumentacin y control .............................................. 20
6. Calidad del vertido final ................................................ 21
7. Estimacin de costes ..................................................... 21
8. Bibliografa ................................................................. 21
......................................................................................
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Objetivo del proyecto
Una empresa automovilstica ha decidido construir una nueva fbrica de coches en la comunidad
autnoma de Cantabria, concretamente en la Baha de Santander debido a la situacin estratgica
de su puerto. Las aguas residuales generadas en este tipo de procesos industriales contienen
elevadas concentraciones de metales pesados que no pueden ser vertidas al colector municipal. Por
ello la empresa se ha visto obligada a construir una planta de tratamiento de dichas aguas.
El objetivo del presente proyecto consiste en el diseo del proceso de tratamiento de las aguas
residuales generadas por esta industria automovilstica. La planta que se disea es una planta
depuradora de aguas residuales industriales (EDARi).
1. Antecedentes
Las industrias automovilsticas se encargan del diseo, desarrollo, fabricacin, ensamblaje y
comercializacin de automviles.
Durante el proceso de produccin se generan distintos tipos de aguas residuales. Estas aguas van a
constituir la alimentacin a la EDARi objeto de diseo. Estas aguas tienen diferentes orgenes y
pueden ser clasificadas en tres grandes bloques:
Aguas de desengrasado y fosfatacin
Estas aguas proceden del proceso de acondicionamiento de la carrocera del vehculo.
La chapa llega a la planta impregnada en grasas para su correcta conservacin. Para comenzar el
proceso de produccin es necesario lavarla, generndose las aguas de desengrasado.
Con el fin de proteger la chapa de la humedad y corrosin, en una primera etapa, es necesario
sumergirla en un bao de cido fosfrico, crendose una microcapa cristalina de fosfato. Las aguas
de fosfatacin proceden del lavado de la chapa una vez se le ha dado este bao protector.
Aguas de crmicas
Para conseguir una mejora en la adherencia y una mayor proteccin frente a la corrosin, se realiza
un tratamiento de pasivado. En este proceso se emplea cromo hexavalente para rellenar los poros
de la capa microcristalina que se ha formado en la fosfatacin.
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Aguas de cataforesis
Durante el proceso de cataforesis se completa la proteccin anticorrosiva de la carrocera. Para ello
se emplea una pintura catafortica y corriente elctrica. Las aguas de cataforesis proceden del
lavado de la carrocera, necesario para eliminar los contaminantes (mayoritariamente plomo, nquel
y cadmio) y los posibles restos del producto sobrante.
2. Bases de diseo
Se espera que la EDARi trabaje durante 16 horas al da y 5 das a la semana. No obstante, en caso de
que existan momentos punta de produccin o si en un futuro es necesario ampliar un tercer turno
de trabajo al da, la planta est preparada para absorber dichas variaciones debido a la presencia
de los tanques de homogeneizacin-regulacin situados en cabecera de planta, que se explicarn
con posterioridad.
2.1. Datos de partida
Los valores de diseo mximos y mnimos con los que se ha realizado el presente proyecto
corresponden a valores medios recogidos de los datos de empresas lderes en el sector del automvil
Los datos de partida, a partir de los cuales se ha diseado la planta, quedan recogidos en las
siguientes tablas:
Datos de partida de las aguas de desengrasado y fosfatacin:
Tabla 1: Datos las aguas de desengrasado y fosfatacin
AGUAS DE DESENGRASADO Y FOSFATACIN
Medio Mximo
Caudal 25 30 m3/h
pH 4 8
SS 1500 2500 ppm
DBO 300 500 ppm
DQO 1000 2500 ppm
PO43-
100 150 ppm
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Datos de partida de las aguas crmicas:
Tabla 2: Datos de partida de aguas crmicas
AGUAS CRMICAS
Medio Mximo
Caudal 40 60 m3/h
pH 3,5 5
SS 100 200 ppm
DBO 300 500 ppm
DQO 900 1400 ppm
Cr6+
50 120 ppm
Datos de partida de las aguas de cataforesis:
Tabla 3: Datos de partida de aguas de cataforesis
AGUAS DE CATAFORESIS
Medio Mximo
Caudal 35 45 m3/h
pH 8 8
SS 160 320 ppm
DBO 200 300 ppm
DQO 400 600 ppm
Pb2+
25 60 ppm
Ni2+
8 12 ppm
Cd2+
8 10 ppm
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2.2. Lmite del vertido
La ordenanza municipal sobre vertidos lquidos industriales al Sistema Integral de Saneamiento,
establece unos valores mximos instantneos de los parmetros de contaminacin. Esta normativa
prohbe la dilucin para conseguir niveles de concentracin que posibiliten su evacuacin al Sistema
Integral de Saneamiento.
La siguiente tabla recoge dichos valores lmite, en base a los cuales se ha diseado la planta:
Tabla 4: Valores lmite de los parmetros de contaminacin segn la legislacin vigente
PARMETRO VALOR UNIDADES
Temperatura 40 C
pH 6-10
DBO5 1000 ppm
DQO 1750 ppm
Slidos suspensin 750 ppm
Conductividad 6000 S/cm2
Metales pesados * 0,5 ppm
Fsforo total ** 40 ppm
* Este valor ha sido fijado por el municipio con el fin de que los fangos generados en la Estacin
Depuradora de Aguas Residuales Urbanas (EDARu) siguieran siendo tiles para emplear en
agricultura. La industria automovilstica ha aceptado la condicin.
** Este valor ha sido fijado por el municipio con el fin de que la EDARu no se viera obligada a
ampliar la zona de eliminacin de fosfatos existente en la planta.
2.2.1 Importancia medioambiental de la presencia de metales pesados en el medio
Como se ha descrito anteriormente, las aguas residuales generadas en la fabricacin de coches
poseen metales pesados disueltos en su composicin. Este hecho hace que, la industria
automovilstica se vea completamente obligada a tratar sus aguas antes de su vertido al medio
acutico o a colector municipal, como es el caso.
En este apartado se pretende dar una visin general de los problemas medioambientales que
generan este tipo de contaminantes para comprender la importancia de su tratamiento.
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Derivado de la actividad de esta industria, existe cromo, nquel, cadmio y plomo. Todos ellos son
contaminantes conservativos, no degradables por la actividad biolgica. Sin embargo, dentro de los
metales distinguimos:
Esenciales: son aquellos que desempean una funcin metablica vital pero que son txicos
a partir de una concentracin relativamente alta. Dentro de este grupo se encuentra el
cromo y el nquel.
No esenciales: Son aquellos que carecen de funcin metablica y son considerados txicos a
concentraciones ms bajas que la de los metales esenciales. Dentro de este grupo se
encuentra el plomo y el cadmio.
Los metales pesados ejercen un efecto perjudicial sobre los procesos biolgicos, ya que actan
sobre las enzimas catalizadoras de la sntesis de protenas responsables del metabolismo. Todos
ellos tienen unos niveles ptimos de concentracin, por encima de los cuales resultan txicos. De
forma general se puede afirmar que, los microrganismos slo pueden tolerar concentraciones de
estos compuestos del orden de algunos miligramos por litro.
La importancia toxicolgica ms importante deriva del hecho de que los metales pesados se van a
bioacumular y a biomagnificar a lo largo de la cadena trfica. Es decir, estas sustancias qumicas
se van a ir acumulando en los organismos vivos de forma que la concentracin es ms elevada en la
biota que en el propio medio. Las sustancias bioacumulables van alcanzando concentraciones
crecientes a medida que se avanza en el nivel trfico de la cadena alimenticia, dando lugar al
proceso de biomagnificacin de los contaminantes. Adems, otra caracterstica importante de estos
compuestos es que son persistentes, es decir, no pueden ser destruidos por procesos ambientales.
Debido al proceso de bioacumulacin descrito, se deduce que es fundamental eliminar los metales
pesados presentes en el agua residual antes de su llegada a la estacin depuradora de aguas
residuales urbanas.
Si el tratamiento de eliminacin del cromo hexavalente y del resto de metales pesados no tuviera
lugar antes de la llegada de estas aguas a la depuradora urbana, los problemas ecolgicos seran
muy importantes. Por una parte, los contaminantes llegaran al cauce receptor con el agua residual
ya que no han sido tratados. Adems, se producira la bioacumulacin de sustancias txicas en la
biomasa del proceso biolgico. Como resultado de esto, una parte de los metales pesados sera
fijada por los fangos generados en los procesos biolgicos y por lo tanto, no se podran reutilizar en
agricultura siendo clasificados como residuos peligrosos.
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2.2.2 Importancia medioambiental de la presencia de fosfatos en el medio
El fsforo es un elemento esencial para la vida, ya que forman parte de la estructura qumica de las
protenas, siendo necesaria su presencia para que se puedan llevar a cabo los distintos procesos
bioqumicos.
Sin embargo, los fosfatos se convierten en problema ambiental importante si el vertido se produce a
una zona sensible ya que se va a producir la eutrofizacin del cauce receptor. Este fenmeno
consiste en una proliferacin masiva de fitoplancton debido a la existencia de una elevada
concentracin de nutrientes (nitrgeno y fsforo). Asociado a esto, existe una disminucin del
oxgeno disuelto en el agua debido al gran consumo de este elemento por parte de las algas muertas
depositadas en el fondo. Adems, debido al crecimiento desmesurado de algas se produce una
disminucin de la energa solar disponible en el medio, empeorando la calidad de las aguas. Debido
a ello, es necesaria la eliminacin del fsforo del agua residual antes de su vertido a un cauce
receptor.
En esta EDARi se va a proceder a la eliminacin del fsforo por va qumica, proceso que se detallar
a lo largo del presente proyecto. La condicin impuesta por el Ayuntamiento a la empresa
automovilstica consiste en una limitacin del fsforo total en el vertido final. Esta obligacin se
estableci con el fin de que la EDARu correspondiente no tuviera que aumentar la zona de
eliminacin de fosfatos por va biolgica existente.
3. Proceso propuesto
Para una mayor comprensin del proceso, se ha dividido el mismo en las siguientes partes:
Pretratamiento
o Lnea de aguas de desengrasado y fosfatacin
o Lnea de aguas crmicas
o Lnea de aguas de cataforesis
Tratamiento conjunto primera etapa: precipitacin, coagulacin-floculacin y decantacin
Tratamiento conjunto segunda etapa: precipitacin, coagulacin-floculacin y decantacin
Lnea de fangos
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A continuacin, se procede a una descripcin detallada de cada una de las diferentes partes.
3.1. Pretratamiento
Como se ha explicado anteriormente, existen en las aguas distintos metales pesados en disolucin,
cada uno de ellos derivado de un proceso determinado. Debido a esto, es completamente necesaria
la segregacin de las corrientes contaminadas y su tratamiento independiente hasta que llegue un
punto en el cual las condiciones de los diferentes procesos son idnticas y es posible realizar un
tratamiento conjunto.
Como se puede observar en las tablas de los datos de partida (Tablas 1, 2 y 3), existen valores punta
que llegan a la planta en momentos puntuales y que son necesarios amortiguar, ya que la planta se
ha diseado de acuerdo con los valores medios de dichos parmetros.
Cada corriente de agua llega a travs de su colector correspondiente a los tanques de
almacenamiento situados en cabecera de planta. Dichos tanques permanecen agitados mediante un
sistema de aireacin compuesto de difusores cermicos. Estos tanques se han diseado con un
tiempo de retencin de 24 horas, para garantizar dos objetivos fundamentales:
Para garantizar la regulacin del caudal y la homogeneizacin de la composicin.
Para asegurar que en caso de que exista alguna avera en la planta, sta pueda ser
solucionada en 24 horas y no existan problemas de vertidos de aguas con metales pesados al
colector municipal.
La homogeneizacin de la composicin y la regulacin del caudal del influente de esta EDARi son
procesos completamente necesarios, ya que para garantizar que la alimentacin a la planta sea lo
ms homognea posible es necesario laminar los picos y valles de contaminacin y caudal que llegan
a la instalacin.
A partir de este momento, a estos tanques se les denominar tanques de homogeneizacin-
regulacin.
A continuacin se muestra el diagrama de flujo del proceso:
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Figura 1: Diagrama de flujo del proceso con los tanques de dosificacin de reactivos.
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3.1.1 Lnea de aguas de desengrasado y fosfatacin
A continuacin se muestra el diagrama de flujo correspondiente a la lnea de aguas de desengrasado
y fosfatacin de una manera detallada.
Figura 2: Lnea de aguas de desengrasado y fosfatacin con su correspondiente tanque de
homogeneizacin-regulacin
Estas aguas no requieren un tratamiento previo, por ello se derivan directamente del tanque de
homogeneizacin y regulacin al tanque de precipitacin conjunta.
3.1.2 Lnea de aguas crmicas
El diagrama de flujo correspondiente a la lnea de aguas crmicas se detalla en la siguiente figura:
Figura 3: Lnea de aguas crmicas con su correspondiente tanque de homogeneizacin-regulacin.
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Se observa como del tanque de homogeneizacin-regulacin se deriva al reactor redox, siguindose
el proceso que se detalla a continuacin:
Cromo (IV)
El cromo llega a la planta como cromo hexavalente, su presencia es tpica en aguas procedentes de
industrias de tratamiento de superficies, como es el caso de esta industria automovilstica.
Este contaminante posee una gran toxicidad, concretamente es 100 veces ms txico que el cromo
trivalente. Para su eliminacin, el primer paso consiste en un proceso de reduccin, en el cual el
cromo hexavalente es reducido a cromo trivalente.
El Potencial de oxidacin-reduccin viene definido por la ecuacin de Nernst:
Donde:
E: Potencial de oxidacin-reduccin, mV
E0: Potencial normal, que depende del sistema de referencia y que es el valor del potencial cuando
[Ox] = [Red], mV
[Ox] y [Red]: Actividades de las formas oxidada y reducida respectivamente
b: Valencia
Este proceso tiene lugar en el reactor redox, situado a continuacin del tanque de
homogeneizacin-regulacin de las aguas crmicas. Este reactor se mantendr agitado
mecnicamente con el fin de que la distribucin de los reactivos qumicos sea homognea.
Para que la reaccin de Cr+6 a Cr+3 tenga lugar se dosifica Bisulfito sdico, NaHSO3. Las reacciones
redox que ocurren son las siguientes:
Hidrlisis del Na2S2O5 utilizado como reactivo:
Na2S2O5 + H2O 2 NaHSO3
Reduccin del cromo hexavalente:
2 H2CrO4 + NaHSO3 + 3H2SO4 Cr2 (SO4)3 + 3 NaHSO4 + 5H2O
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El bisulfito sdico es inestable, se descompone dando lugar a dixido de azufre gaseoso, SO2, lo que
genera atmsferas explosivas. Por este motivo es necesario que el bisulfito se prepare cada 24
horas.
En lugar de haber empleado bisulfito sdico se pudo dosificado sulfato ferroso. Siguiendo las
siguientes reacciones qumicas:
Reaccin del anin cromato con sulfato ferroso heptahidratado:
2 H2CrO4 + 6 FeSO4 7 H2O + 6 H2SO4 Cr2 (SO4)3 + 3 Fe2 (SO4)3 + 15 H2O
Neutralizacin con cal: una vez reducido el Cr+6 a Cr+3 en forma de Cr2 (SO4)3, es necesario precipitar
la sal a hidrxido para eliminar todo el cromo en la decantacin.
Cr2 (SO4)3 + Ca (OH)2 2 Cr (OH)3 + 3 CaSO4
Fe2 (SO4)3 + Ca (OH)2 2 Fe (OH)3 + 3 CaSO4
Como se observa de las reacciones anteriores, la sal ferrosa presenta el principal inconveniente de
que provoca la precipitacin del hidrxido frrico, por lo que la generacin de lodos sera mayor,
factor importante en el diseo de esta planta puesto que los lodos van a ser clasificados como
peligrosos, con el gasto econmico que esto conlleva.
De manera que, se ha decidido emplear bisulfito sdico para llevar a cabo la reaccin redox ya que:
su disociacin genera protones que ayudarn a bajar el pH, la reaccin se ve favorecida y lo que es
muy importante, se generan menos volumen de fangos.
En pH ptimo de la reaccin de reduccin del cromo hexavalente es 2,5, por ello es necesaria la
dosificacin de H2SO4, ya que estas aguas se encuentran a pH entre 5 y 3,5. Es necesario tener en
cuenta que la cantidad de sulfrico a dosificar va a ser menor que la cantidad estequiomtrica,
puesto que el bisulfito sdico va a generar protones en su disociacin.
El contenido de este reactor redox, con el cromo hexavalente reducido pasar al tanque de
precipitacin conjunta.
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3.1.3 Lnea de aguas de cataforesis
El diagrama de flujo de la corriente de agua procedente del proceso de cataforesis se detalla a
continuacin:
Figura 4: Lnea de aguas de cataforesis con su correspondiente tanque de homogeneizacin-regulacin
Estas aguas que contienen plomo, nquel y cadmio llegan al tanque de homogeneizacin-regulacin
y de ste se derivan a un reactor de precipitacin, siguindose el proceso que ser explicado a
continuacin.
La precipitacin del plomo se realizar en una primera etapa previa a la precipitacin del resto de
los metales. Esto es debido a que la precipitacin ms adecuada para el plomo tiene lugar en forma
de carbonato, debido a la alta solubilidad de la forma hidrxido (forma en la que van a precipitar el
resto de metales).
En la siguiente tabla se muestra la solubilidad del plomo frente a distintos compuestos, expresada
en ppm. Se observa numricamente que la solubilidad en forma de hidrxido es muy elevada y que
la de la forma carbonato es muy baja.
Tabla 5: Solubilidad del plomo frente a los distintos compuestos (ppm)
METAL HIDROXIDO SULFURO CARBONATO
Pb2+ 2.0x 100 4.0 x 10-9 7.0 x 10-13
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Como se observa grficamente en la siguiente figura, la precipitacin del plomo con hidrxido
requerira unas concentraciones muy elevadas de cal para que la precipitacin fuera posible.
Figura 5: Solubilidad terica del hidrxido de plomo
De no realizar la separacin de plomo en forma de carbonato de manera independiente al resto de
metales, existira un aumento del consumo de cido para subir el pH y posterior consumo de base
para la reneutralizacin, adems, los equipos de tratamiento a implantar seran de mayor tamao.
El proceso tendr lugar en el reactor de precipitacin, situado a continuacin del tanque de
homogeneizacin-regulacin de las aguas de cataforesis.
Para la precipitacin se emplear carbonato sdico, Na2CO3. Es necesario dosificar este reactivo en
exceso para asegurar la precipitacin total del plomo lo que da lugar a la precipitacin secundaria
del CaCO3, que se explicar posteriormente.
La reaccin que tiene lugar es la siguiente:
Reaccin de precipitacin del plomo:
Pb2+ + Na2CO3 PbCO3 + 2 Na+
El contenido de este reactor de precipitacin, con el precipitado de plomo formado y con la mayor
parte del nquel y cadmio todava en disolucin, pasarn al primer tanque de precipitacin
conjunta. Cabe destacar que una pequea parte del Ni+2 y del Cd+2 va a precipitar en forma de
carbonato.
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3.2 Tratamiento conjunto primera etapa
Este tratamiento conjunto de primera etapa consta de distintos procesos: precipitacin,
coagulacin-floculacin y decantacin.
Figura 6: Esquema completo del tratamiento de primera etapa
La descripcin ms detallada del diagrama de flujo de la figura anterior (Figura 6), se presenta a
continuacin:
Una vez que el Cr+6 se redujo a Cr+3 y que el plomo precipit en forma de carbonato, las tres lneas
de agua se unen en el reactor de precipitacin conjunta para continuar un proceso nico.
Este tanque se emplear, al mismo tiempo, como coagulador. Para llevar a cabo este proceso
qumico, se dosificar FeCl3 como coagulante y el reactor se mantendr agitado vigorosamente para
que tenga lugar la neutralizacin de los coloides y emulsiones que se puedan generar debido a las
grasas de las aguas de desengrasado.
Para que se produzca la precipitacin del nquel, cadmio y de los fosfatos, es necesario aadir cal
para llevar a cabo dos procesos conjuntamente:
Garantizar que existen iones OH- en disolucin para provocar la precipitacin de los distintos
metales en forma de hidrxidos y del fsforo en forma de fosfato clcico.
Ajustar el pH de entrada, pH = 4 hasta el pH objetivo, pH = 10,5.
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Nquel y cadmio
En este caso, la forma hidrxido es la manera mas adecuada para llevar a cabo la precipitacin del
nquel y cadmio. Los valores de solubilidad quedan reflejados en la siguiente tabla:
Tabla 6: Solubilidad del nquel y cadmio frente a los distintos compuestos (ppm)
METAL HIDROXIDO SULFURO CARBONATO
Ni2+ 7.0x 10-3 7.0 x 10-8 2.0 x 10-1
Cd2+ 2.5x 10-5 6.7 x 10-10 2.0x 10-4
Como se observa, la solubilidad de los sulfuros es ms baja que la de los hidrxidos. Sin embargo,
los sulfuros no se emplean para llevar a cabo la precipitacin de estos metales, ya que presenta el
inconveniente de que deja iones txicos en el agua, S2-, es ms caro y adems, existe la posibilidad
de formar atmosferas insalubres, generando olores intensos y desagradables.
Por ello y dado que la solubilidad con el hidrxido es elevada, se emplear este compuesto para
conseguir la eliminacin de los metales.
Los precipitados formados tienen lugar de acuerdo con las siguientes reacciones qumicas:
Reaccin de precipitacin del hidrxido de nquel:
Ni2+ + 2OH- Ni (OH)2
Reaccin de precipitacin del hidrxido de cadmio:
Cd2+ + 2OH- Cd (OH)2
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En las siguientes figuras se observa grficamente la solubilidad terica del hidrxido de nquel y
cadmio de acuerdo con el pH del medio.
Figura 7: Solubilidad terica del hidrxido de nquel e hidrxido de cadmio
Como se explic anteriormente, la cal a dosificar se emplear para la precipitacin de ambos
metales en forma hidrxido y para ajustar el pH. Como queda reflejado en la figura anterior (Figura
7), el pH ptimo se encuentra en el rango 10-10,5.
Fosfatos
La eliminacin de fosfatos por precipitacin qumica se puede llevar a cabo con gran variedad de
iones, aunque desde el punto de vista prctico los nicos utilizados son sales de aluminio, hierro y
calcio.
A continuacin se detallan las reacciones de precipitacin con distintas sales:
Si se emplearn sales de aluminio el precipitado formado sera fosfato de aluminio, siguiendo la
siguiente reaccin qumica:
Reaccin de precipitacin con sales de aluminio:
PO43- + Al3+ AlPO4
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Si se emplearn sales de hierro, pudiendo ser tanto sales ferrosas como frricas, los precipitados
formados seran fosfato ferroso y fosfato frrico respectivamente. Siguiendo las siguientes
reacciones qumicas:
Reaccin de precipitacin con sal ferrosa:
2PO43- + 3 Fe2+ Fe3 (PO4)2
Reaccin de precipitacin con sal frrica:
PO43- + Fe3+ FePO4
Sin embargo, en este caso, se ha decidido que la manera ms adecuada para conseguir la
precipitacin de los fosfatos presentes en el agua residual ser en forma de fosfato clcico,
siguiendo la siguiente reaccin qumica:
Reaccin de precipitacin del fosfato clcico:
2 PO43- + 3 Ca2+ Ca3 (PO4)2
Puesto que, como se ha explicado anteriormente, es necesaria la adiccin de cal en el reactor de
precipitacin conjunta de primera etapa para subir el pH y para que ocurra la precipitacin del
nquel y cadmio. De manera que los iones Ca2+ de la cal, reaccionarn con los fosfatos presentes
formando el citado compuesto insoluble. De esta manera, se consigue la precipitacin de los
fosfatos, sin que sea necesaria la adiccin de sales de aluminio o hierro, con el consecuente ahorro
econmico en reactivos y facilitndose, de este modo, el control de la planta.
Los precipitados anteriormente obtenidos son los precipitados de los metales pesados principales.
Pero van a existir una serie de reacciones secundarias en las que la cal aadida ayudar a
precipitar:
A los sulfatos: Procedentes de la adiccin de H2SO4 y bisulfito sdico (dosificados en el
reactor redox para la reduccin del cromo hexavalente)
A los carbonatos: Procedentes del exceso de carbonatos empleados para la precipitacin del
plomo.
Al coagulante, FeCl3.
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La generacin de estos precipitados secundarios va a conllevar a una mayor produccin de fangos.
De manera que es importante conocerlos para que el dimensionamiento de la lnea de fangos sea el
correcto.
A continuacin se explican la formacin de dichos compuestos insolubles:
Sulfato clcico:
En la reduccin del cromo hexavalente se aadi H2SO4 para el ajuste del pH y bisulfito sdico para
que la reaccin tuviera lugar. Este ion sulfato en disolucin junto con los iones Ca2+ procedentes de
la disociacin de la cal van a generar sulfato clcico, que precipitar, en parte, siguiendo la
siguiente reaccin:
Reaccin de precipitacin del sulfato clcico:
SO42- + Ca+2 CaSO4
Carbonato clcico:
Como se explic con anterioridad, el plomo es el nico de los metales presentes que precipita en
forma de carbonato. De manera que los iones carbonato en disolucin junto con los iones Ca+2
procedentes de la cal aadida, precipitan formando CaCO3 segn la siguiente reaccin:
Reaccin de precipitacin de carbonato clcico:
CO32- + Ca+2 CaCO3
Como se ha citado anteriormente, este tanque de precipitacin conjunta se emplear, al mismo
tiempo, como coagulador.
Para que la coagulacin tenga lugar se dosificar FeCl3, que se encargar de la neutralizacin de las
cargas elctricas de los coloides y emulsiones, ayudando a mejorar las condiciones de decantacin
posteriores. Con el fin de conseguir la correcta homogeneizacin del coagulante en el volumen de
agua a tratar, el coagulador se mantendr agitado mecnicamente de manera vigorosa.
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Hidrxido frrico:
Debido a la presencia de cal en el medio, en este tanque tendr lugar la precipitacin del hidrxido
frrico formndose debido a la reaccin qumica entre el coagulante y la cal, del siguiente modo:
Reaccin de precipitacin del hidrxido de hierro:
2FeCl3 + 3 Ca (OH)2 2 Fe (OH)3 + 3CaCl2
Una vez que han ocurrido todas las precipitaciones y la coagulacin correspondiente, el siguiente
paso en el proceso es la floculacin. Con el objetivo de reagrupar las partculas finas, previamente
coaguladas, en otras de mayor tamao que facilite su decantacin posterior se emplear
polielectrolito comercial como floculante. Esta operacin tendr lugar en el floculador que se
mantendr agitado mecnicamente de una manera suave para que no se produzca la rotura de los
flculos formados.
Una vez que ha tenido lugar la floculacin del caudal a tratar se derivar al decantador. En el
proceso de decantacin, se eliminarn los precipitados formados y los slidos en suspensin
presentes en el agua residual, obtenindose unos lodos que se enviarn a la lnea de fangos para su
posterior tratamiento.
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3.3 Tratamiento conjunto segunda etapa
Este tratamiento consta de distintos procesos: precipitacin, coagulacin-floculacin y decantacin.
Figura 8: Esquema completo del tratamiento de segunda etapa
Cromo (III)
La existencia de este tanque es fundamental, puesto que todava no se elimin el cromo. En el
tanque redox, como se explic con anterioridad, se redujo el Cr+6 a Cr+3, de manera que en el agua
a tratar existen Cr 3+ que se eliminarn en este segundo tanque de precipitacin.
La precipitacin de cromo es independiente de la precipitacin del resto de metales ya que
presenta un valor de producto de solubilidad mnimo a un pH distinto al resto de metales. Por ello,
es necesario dosificar cido sulfrico, para bajar el pH de 10,5 (pH del agua de entrada) a pH 8,5,
pH ptimo para que ocurra el proceso.
De manera que, el Cr3+ precipitar a medida que se va dosificando cido. A pH 10,5 existe una gran
concentracin de iones OH- en el medio, por ello, cuando se alcance el pH objetivo se generar el
compuesto insoluble de hidrxido de cromo.
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Como se observa el la siguiente tabla, la nica manera de eliminar el Cr3+ es en forma de hidrxido.
Tabla 7: Solubilidad del cromo frente a los distintos compuestos (ppm)
METAL HIDROXIDO SULFURO CARBONATO
Cr3+ 8.5x 10-4 No precipita
En la siguiente figura se muestra la solubilidad terica de este hidrxido de acuerdo con el pH.
Figura 9: Solubilidad terica del hidrxido de cromo
La reaccin de precipitacin es la siguiente:
Reaccin de precipitacin del hidrxido de cromo:
2 Cr3+ + 3 OH- 2 Cr (OH)3
Al igual que en la primera etapa, en este tanque de precipitacin conjunta acta como coagulador.
La agitacin del tanque ser vigorosa para la correcta distribucin de los reactivos qumicos. La
coagulacin seguir el mismo proceso que la coagulacin anterior, con la peculiaridad de que, la
dosis de coagulante a aadir es menor, puesto que la concentracin de metales a eliminar es
sustancialmente menor que en la primera etapa.
Como agente coagulante se emplear cloruro frrico. Por lo tanto, del mismo modo que en el
tratamiento anterior, se producir la precipitacin del hidrxido frrico, formado en la reaccin
secundaria entre el coagulante y la cal.
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Siguiendo la misma reaccin:
Reaccin de precipitacin del hidrxido de hierro:
2FeCl3 + 3 Ca (OH)2 2 Fe (OH)3 + 3CaCl2
Debido a las bajas velocidades de sedimentacin del hidrxido de Cr y a la necesidad de obtener el
mximo rendimiento en este proceso, es necesario llevar a cabo una floculacin, con el fin de
aglomerar las partculas y compactarlas de tal forma que las prdidas de slidos de pequeo tamao
sean mnimas y la compactacin de los flculos aumente la velocidad de sedimentacin. sta tendr
lugar en el floculador que se mantendr agitado mecnicamente de manera suave, para evitar la
rotura de los flculos formados. Al igual que en el caso del coagulante, la dosificacin del
polielectrolito tambin es menor que en la floculacin de primera etapa.
En la decantacin se elimina el hidrxido de cromo precipitado as como el hidrxido frrico. Ambos
precipitados se envan a la lnea de fangos para su posterior tratamiento.
A modo de resumen, en la tabla que se muestra a continuacin quedan detallados todos y cada uno
de los precipitados, formados en las reacciones primarias y secundarias, que se forman en el
proceso:
Tabla 8: Relacin de precipitados formados
PRECIPITADOS
Tipo de reaccin de formacin
del precipitado Proceso en el que ocurre
PbCO3 Reaccin primaria Pretratamiento aguas cataforesis
Ni(OH)2 Reaccin primaria Precipitacin conjunta 1 etapa
Cd(OH)2 Reaccin primaria Precipitacin conjunta 1 etapa
Ca3(PO4)2 Reaccin primaria Precipitacin conjunta 1 etapa
CaCO3 Reaccin secundaria Precipitacin conjunta 1 etapa
CaSO4 Reaccin secundaria Precipitacin conjunta 1etapa
Fe(OH)3 Reaccin secundaria Precipitacin conjunta 1 y 2 etapa
Cr(OH)3 Reaccin primaria Precipitacin conjunta 2 etapa
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3.4 Lnea de fangos
El diagrama de flujo de la lnea de fangos se detalla en la siguiente figura:
Figura 10: Lnea de fangos
Los lodos generados procedentes de este tipo de aguas industriales, por poseer en su composicin
metales pesados, van a ser clasificados como residuos peligrosos, siendo su destino final el
vertedero de seguridad, ya que por lixiviacin puede liberar los metales pesados u otros elementos
txicos.
El tratamiento de fangos se realiza para reducir el volumen y por consiguiente, la manipulacin y
evacuacin de la planta ser ms sencillo y econmico.
La lnea de fangos consiste en los siguientes procesos:
Espesado por gravedad:
Los lodos obtenidos en la purga de decantacin, procedentes de las reacciones de precipitacin, se
encuentran a una concentracin muy baja, siendo preciso el espesado antes de la deshidratacin.
Con el espesamiento, se consigue la eliminacin de parte del agua de los fangos, y
consecuentemente, se consigue aumentar la concentracin de los lodos del 2% al 7%.
Este proceso tendr lugar en el espesador por gravedad, el fundamento de este equipo es el mismo
que el de un decantador, de modo que se basa en la diferencia de densidad entre el agua y los
slidos a espesar.
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Los fangos espesados se obtienen por el fondo del decantador y pasarn al siguiente proceso de la
lnea. Por la superficie del decantador, se obtiene un lquido clarificado que se enva al primer
tanque de precipitacin conjunta, para su tratamiento.
Deshidratacin:
El objetivo es alcanzar una sequedad adecuada para que los fangos se encuentren en fase slida y
puedan ser evacuados a vertedero de seguridad.
Debido a que los fangos son peligrosos es necesario alcanzar una sequedad elevada con el fin de
disminuir los costes econmicos de vertedero. La deshidratacin se lleva a cabo con un filtro
prensa, consiguindose una sequedad del orden del 50%, siendo ste el nico mtodo que alcanza
dicha sequedad.
Al igual que en el proceso anterior, el agua sobrante de la deshidratacin con filtro prensa, se
derivar al primer tanque de precipitacin conjunta para su tratamiento.
Esta torta deshidratada es el producto final del proceso. Los fangos se almacenarn en una tolva de
35 m3 y sern evacuados de la planta cada 3-4 das y enviado a depsito de seguridad.
Es importante conseguir que la cantidad de fango sea la menor posible ya que al estar clasificados
como peligrosos los costes de vertedero de seguridad sern menores. A pesar de este tratamiento,
en una EDARi de este tipo, el transporte y gestin de los fangos representa un porcentaje
importante dentro de los costes anuales totales de la planta.
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4. Resultados obtenidos
4.1 Resumen del diseo de los equipos
A continuacin se detallan las dimensiones y datos relevantes de los equipos del proceso.
4.1.1. Pretratamiento
Los equipos empleados en el pretratamiento son: tanques de homogeneizacin-regulacin con sus
correspondientes sistemas de agitacin por aireacin, reactor redox de aguas crmicas y tanque de
precipitacin del plomo.
Tanques de homogeneizacin-regulacin y sistema de aireacin:
Los tres tanques de homogeneizacin de la composicin y regulacin del caudal se han diseado
siguiendo los mismos criterios con el fin de facilitar la obra civil.
Para su dimensionamiento se ha tenido en cuenta un tiempo de retencin de 24 horas, por las
razones mencionadas con anterioridad en el apartado 3.1.
Los tanques son rectangulares con igual longitud y altura, 20 metros y 5.3 metros respectivamente.
La altura se sobredimensiona en 30 cm de nivel libre. El volumen real ha sido sobredimensionado en
un 20% con respecto al terico para garantizar la seguridad y asegurar que los tanques no se van a
trabajar llenos hasta el lmite del rebosamiento. Como es lgico, debido a que el caudal de llegada
a cada tanque es distinto, los volmenes van a ser diferentes, de manera que es la anchura la que
va a marcar la diferencia entre balsas.
En las siguientes tablas (Tablas 9, 10 y 11) se muestra el dimensionamiento de los tanques, de
acuerdo con el volumen real, superficie real y anchura adoptada.
Tabla 9: Dimensionamiento del tanque homogeneizacin-regulacin de las aguas de desengrasado y fosfatacin
AGUAS DE DESENGRASADO Y FOSFATACIN
Volumen real 765 m3
Superficie real 120 m2
Anchura adoptada 6 m
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Tabla 10: Dimensionamiento del tanque homogeneizacin-regulacin de las aguas crmicas
AGUAS CRMICAS
Volumen real 1272 m3
Superficie real 200 m2
Anchura adoptada 10 m
Tabla 11: Dimensionamiento del tanque homogeneizacin-regulacin de las aguas de cataforesis
AGUAS DE CATAFORESIS
Volumen real 1145 m3
Superficie real 180 m2
Anchura adoptada 9 m
Estos tanques se van a mantener agitados mediante un sistema de aireacin. Este sistema consta de
una soplante (con su correspondiente reserva), que proporciona aire a los tres tanques mediante
unos difusores cermicos de burbuja media con una capacidad de 4 m3 aire por difusor/h. Se han
elegido estos difusores puesto que son los nicos que no sufren ataque qumico. Cabe destacar que
los difusores se han distribuido homogneamente a lo largo de la superficie, consiguindose la
mezcla completa del aire en el interior de la balsa.
El aire proporcionado por la soplante tiene que vencer la prdida de carga que sufre en la tubera,
en los propios difusores y debido a la altura de la lmina de agua, de 5 metros de altura. Se ha
considerado, en todos los casos, que la prdida de carga es de 8 m.c.a.
En las siguientes tablas (Tablas 12, 13 y 14) se detallan los datos correspondientes al sistema de
aireacin de cada uno de los tanques. Mostrndose el nmero de difusores por balsa y su
distribucin espacial (filas y columnas) dentro de la misma.
Tabla 12: Sistema de aireacin aguas de desengrasado y fosfatacin
SISTEMA DE AGITACIN DE LA LNEA DE AGUAS DE DESENGRASADO Y FOSFATACION
Caudal 40 m3/h
N difusores por tanque 200 unidades
Filas 10 filas
Columnas 20 columnas
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Tabla 13: Sistema de aireacin aguas crmicas
SISTEMA DE AGITACIN DE LA LNEA AGUAS CRMICAS
Caudal 25 m3/h
N difusores por tanque 320 unidades
Filas 16 filas
Columnas 20 columnas
Tabla 14: Sistema de aireacin aguas de cataforesis
SISTEMA DE AGITACIN DE LA LNEA AGUAS DE CATAFORESIS
Caudal 35 m3/h
N difusores por tanque 280 unidades
Filas 14 filas
Columnas 20 columnas
Reactor redox:
Como se ha explicado con anterioridad, en este reactor tendr lugar la reaccin redox para la
reduccin del Cr6+ a Cr3+. El reactor es cbico y lleva incorporado un sistema de agitacin mecnico
para la correcta distribucin de los reactivos qumicos, cido sulfrico y bisulfito sdico.
Dado que las reacciones redox no son reacciones qumicas de primer orden, se ha estimado que el
tiempo de retencin es de aproximadamente 30 -35 minutos.
En la siguiente tabla se muestra el volumen y altura adoptada del reactor.
Tabla 15: Dimensionamiento del reactor redox
REACTOR REDOX
Volumen real 27 m3
Altura adoptada 3 m
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Tanque de precipitacin del plomo:
El tanque es cbico y lleva incorporado un sistema de agitacin mecnico, para facilitar la reaccin
entre el carbonato sdico y el plomo en disolucin.
El tiempo de retencin se ha estimado en 810 minutos. Cabe destacar que, es un tiempo de
retencin elevado para una reaccin de precipitacin, pero se ha aumentado por razones de
seguridad, ya que es necesario que el plomo, en su casi totalidad, precipite en este tanque.
A continuacin se muestran las dimensiones adoptadas para este tanque:
Tabla 16: Dimensionamiento del tanque de precipitacin del plomo
TANQUE DE PRECIPITACIN DEL Pb
Volumen real 8 m3
Altura adoptada 2 m
4.1.2. Tratamiento conjunto primera etapa
Los equipos correspondientes a este tratamiento son: tanque de precipitacin conjunta-coagulador,
floculador y decantador.
Tanque de precipitacin conjunta y coagulador:
Como se ha explicado en el apartado 3.2, en este tanque tendr lugar la precipitacin de los
hidrxidos de nquel, cadmio y hierro, as como la del fosfato clcico, carbonato clcico y sulfato
clcico.
Adems de la precipitacin, se dosificar FeCl3 para llevar a cabo la coagulacin. Este tanque es
cbico y est dotado con un sistema de agitacin mecnico. La agitacin ser vigorosa, para que se
produzcan la distribucin homognea de los reactivos qumicos y del coagulante a dosificar,
facilitando la ocurrencia de las distintas reacciones en el menor tiempo posible.
El tiempo de retencin se ha estimado aproximadamente 12 minutos ya que es necesario garantizar
que todas las reacciones ocurren de manera total con el fin de eliminar de los precipitados de
metales pesados y de los otros compuestos citados en la decantacin posterior.
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En la siguiente tabla se muestran las dimensiones del tanque de precipitacin conjunta de primera
etapa y coagulador.
Tabla 17: Dimensionamiento del tanque de precipitacin conjunta
TANQUE DE PRECIPITACIN CONJUNTA
Volumen real 27 m3
Altura adoptada 3 m
Floculador:
En el floculador, gracias a la adiccin del floculante, se producir la agrupacin de los pequeos
precipitados formados facilitndose la posterior decantacin.
El floculador es cbico y lleva integrado un sistema de agitacin mecnico. La agitacin ser suave
para garantizar que los flculos formados no se rompen.
Como se observa en la Tabla 18, el volumen del floculador es mayor que el del coagulador. Esto se
debe a que el tiempo de retencin de la floculacin es mayor que el de la coagulacin, ya que, en
este caso, la agitacin es lenta en lugar de rpida y por lo tanto la velocidad de reaccin ser
menor.
Se ha estimado que el tiempo de retencin aplicable al floculador es de aproximadamente 20 22
minutos.
En la siguiente tabla se muestra el volumen y altura adoptada del floculador:
Tabla 18: Dimensionamiento del floculador de primera etapa
FLOCULADOR
Volumen 43 m3
Altura 3,5 m
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Decantador:
El decantador es circular de traccin perifrica.
Para el diseo del decantador se ha tomado un valor de velocidad ascensional del agua en el
decantador de 1.2 m/h, esta velocidad se asimila a la velocidad final de cada de las partculas y es
lo que se conoce como carga hidrulica. De manera que, decantaran aquellas partculas cuya
velocidad de decantacin sea superior a la velocidad ascensional, siempre y cuando se disponga de
un tiempo de residencia adecuado.
Se ha estimado que el tiempo de residencia es de 3 horas, tiempo necesario para que los
precipitados decanten en el fondo. Para facilitar el desplazamiento de los fangos hasta la poceta
central, se ha diseado la solera del fondo del decantador con cierta pendiente hacia el centro.
En la siguiente tabla se muestran las dimensiones adoptadas para el decantador, teniendo en cuenta
las normas bsicas de diseo y las limitaciones constructivas de este tipo de equipos.
Tabla 19: Dimensionamiento del decantador de primera etapa
DECANTADOR
Volumen 427 m3
Dimetro adoptado 12 m
Altura adoptada 3,75 m
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4.1.3. Tratamiento conjunto segunda etapa
Esta segunda etapa de precipitacin est constituido por los mismos equipos que el tratamiento
explicado previamente: tanque de precipitacin-coagulador, floculador y decantador.
Para su dimensionamiento se han tomado las mismas normas de diseo que las explicadas para el
tratamiento conjunto de primera etapa.
A continuacin se muestran los datos de cada uno de los equipos empleados.
Tanque de precipitacin y coagulador:
El tanque es cbico y lleva integrado un sistema de agitacin mecnico vigoroso.
En la siguiente tabla se muestran las dimensiones del tanque de precipitacin conjunta de segunda
etapa, que acta al mismo tiempo como coagulador.
Tabla 20: Dimensionamiento del tanque de precipitacin
TANQUE PRECIPITACIN
Volumen real 5,4 m3
Altura adoptada 1,75 m
Como se ha explicado en el apartado 3.3, en este tanque tendr lugar la precipitacin de los
hidrxidos de cromo y hierro.
Adems de la precipitacin, se dosificar FeCl3 para llevar a cabo la coagulacin.
Floculador:
El tanque es cbico y lleva integrado un sistema de agitacin mecnico suave.
En la siguiente tabla se muestra el volumen y altura adoptada del floculador:
Tabla 21: Dimensionamiento del floculador de segunda etapa
FLOCULADOR
Volumen real 43 m3
Altura adoptada 3,5 m
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Decantador:
El decantador es de seccin circular.
En la siguiente tabla se muestran las dimensiones del diseo del decantador.
Tabla 22: Dimensionamiento del decantador de segunda etapa
DECANTADOR
Volumen real 427 m3
Dimetro adoptado 12 m
Altura adoptada 3,75 m
4.1.4. Lnea de fangos
La lnea de fangos consta de los siguientes elementos: espesador por gravedad, filtro prensa y tolva
de almacenamiento.
Los fangos totales provienen de los precipitados eliminados en los decantadores, as como de los
slidos en suspensin decantados. :
En la siguiente tabla se muestran los kilogramos de fangos generados diariamente en la planta.
Tabla 23: Fangos generados diariamente
FANGOS GENERADOS
Precipitados 1019 Kg/da
Slidos en suspensin 746 Kg/da
Como se ha explicado previamente en el apartado 3.4 los fangos generados en esta EDARi van a ser
clasificados como peligrosos, debido a la presencia de metales pesados y por lo tanto, tras su
tratamiento en la planta sern enviados a vertedero de seguridad.
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A continuacin se muestra el dimensionamiento de los equipos:
Espesador:
Se ha diseado un espesador por gravedad de seccin circular de traccin central.
Siguiendo las normas generales de diseo, dado que el dimetro del espesador es inferior a 5 m se
ha diseado un espesador esttico, con una inclinacin del fondo de 45, con el fin de facilitar la
descarga del fango espesado.
Se ha decido aplicar un tiempo de retencin de 36 horas con el fin de que exista suficiente tiempo
para aumentar la concentracin de los lodos, con el fin de reducir su volumen. A pesar de que los
fangos generados en esta EDARi no poseen concentraciones elevadas de carga orgnica, el espesador
se cerrar, ya que debido al elevado tiempo de retencin del fango en los espesadores puede
existir una tendencia a que se generen olores desagradables.
En la siguiente tabla se muestran las dimensiones del espesador por gravedad.
Tabla 24: Dimensionamiento del espesador
ESPESADOR
Volumen 115 m3
Dimetro adoptado 6 m
Altura 4 m
Dado que los fangos a espesar no contienen materia orgnica, tras su espesado se procede
directamente a la deshidratacin de los mismos, de modo que no va a existir el tratamiento de
estabilizacin intermedio que existe en las estaciones depuradoras de aguas residuales urbanas.
Deshidratacin:
Como ya se ha explicado, para conseguir la mayor deshidratacin posible se va a emplear un filtro
prensa, con el fin de reducir a un mnimo los costes del vertedero de seguridad, as como cumplir la
normativa de dichos vertederos en cuanto a humedad mnima admisible en sus instalaciones.
En equipo de filtracin a presin se basa en la aplicacin de presin sobre un medio filtrante con el
fin de eliminar el agua. Estos filtros consisten en un conjunto de placas ranuradas colocadas
verticalmente y enfrentadas entre s. Sobre cada una de las caras de cada placa se acopla una tela
filtrante y el fango se introduce entre las telas. Gracias a la presin aplicada, el lquido pasa a
travs de la tela, esta agua se enva al tanque de precipitacin conjunta para su nuevo tratamiento.
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El resultado final es una torta deshidratada, a la que se le aplica un soplado con aire para aumentar
la sequedad antes de la apertura de filtro. Gracias a este equipo se puede llegar a conseguir una
sequedad del orden del 50%.
Con el fin de conseguir una buena sequedad, se dosificar cal, lo que conlleva a la generacin de
una mayor cantidad de fangos.
Tolva de almacenamiento de fangos:
Como se explic anteriormente, una vez que se ha conseguido la deshidratacin idnea de los
fangos, stos se almacenan en una tolva. Existir una cinta transportadora encargada de transportar
los lodos desde el filtro prensa hasta la parte superior de la tolva para su almacenamiento.
La tolva tendr un volumen de 35 m3 y estar situada a una cierta altura del suelo con el fin de
facilitar las maniobras de los camiones que se encargarn de su transporte a vertedero de
seguridad. Gracias al volumen de la tolva, los fangos sern evacuados de la planta cada 3-4 das.
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4.2 Dosificacin de reactivos
Como se ha ido explicando a lo largo del proyecto, la EDAR de una industria del sector del automvil
trata sus aguas residuales gracias a distintos tratamientos por va qumica. Por ello, para que
ocurran las distintas reacciones es necesario dosificar ciertos reactivos qumicos. En este apartado
se describirn los reactivos empleados, su dosificacin y su almacenamiento.
Reactivos empleados, su dosificacin y almacenamiento
Bisulfito sdico, NaHSO3
Este reactivo se dosifica en el reactor redox para que tenga lugar la reduccin del cromo
hexavalente.
Se emplear bisulfito comercial, con una densidad de 1480 kg/m3 y una riqueza del 35%. Se
dosificar diluido al 10%.
Este reactivo es slido y dado que es inestable, es necesario prepararlo cada 24 horas. Existen dos
tanques de dosificacin, cada da trabajar un tanque y el otro se tendr en reserva y es donde se
preparar el reactivo para el da siguiente, diluido al 10%.
cido sulfrico, H2SO4
El cido sulfrico se emplear para ajustar el pH, tanto en el reactor redox como en el tanque de
precipitacin conjunta de segunda etapa.
Se emplear reactivo comercial con una riqueza del 98% y una densidad de 1840 kg/m3. Se
dosificar en forma lquida y diluido al 10%.
Se prever un tanque nodriza para el cido sulfrico con un consumo de 15 das, este tanque se
sobredimensiona con un volumen de 5 m3, como margen para garantizar que habr cido en la
planta si existen problemas o retrasos en el transporte de esta mercanca.
Este tanque de nodriza ser de acero al carbono con un secador al aire para absorber la humedad
para que no baje su concentracin, ya que con una concentracin del 98% no es corrosivo pero si
sta baja del 92% si que lo es, atacando incluso al tanque de acero al carbono. Por ello es
completamente necesario controlar la humedad, para ello se pone un secador y en la parte superior
se pone un tubo de metacrilato con silicagel, gracias al cambio de color de esta sustancia se
determina el grado de humedad en el tanque.
Para la dosificacin diaria de este reactivo se dispone de tanques de dosificacin diarios, donde el
cido sulfrico se encontrar diluido al 10%. Este tanque dispone de su correspondiente reserva.
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Carbonato sdico, Na2CO3
Este reactivo se dosifica en el tanque de precipitacin del plomo para hacer precipitar al plomo en
forma de carbonato.
Se emplear carbonato sdico comercial, con una riqueza del 100%. Se dosificar diluido al 10%.
Este reactivo es slido y por lo tanto se almacenar como tal. Existen Para su dosificacin existen
dos tanques de dosificacin diarios, donde los reactivos estar diluido al 10%. Uno de ellos actuar
como reserva.
Cal, Ca(OH)2
La cal se emplear para la precipitacin de los distintos metales pesados, nquel, cadmio y cromo
en forma de hidrxidos y para la precipitacin de los fosfatos en forma de fosfato clcico. As como
para el ajuste del pH en el primer tanque de precipitacin conjunta y para facilitar la
deshidratacin en el filtro prensa. Adems, como se ha explicado con anterioridad, el empleo de la
cal provoca la formacin de precipitados secundarios.
Se emplear cal comercial de calcita con una riqueza del 92%. La cal de dolomita, contiene xido de
magnesio, y requiere tiempos de retencin mayores.
Se dosificar en forma de lechada de cal diluida al 5%.
Este reactivo es slido y por lo tanto se almacenar como tal. Existen Para su dosificacin existen
dos tanques de dosificacin diarios de lechada de cal. Uno de ellos actuar como reserva.
Cloruro frrico, FeCl3
Este reactivo se emplear como coagulante y se dosificar en los tanques de precipitacin conjunta
de primera y segunda etapa, que actan como coaguladores.
Se emplear reactivo comercial con una riqueza del 35%. Se dosificar en forma lquida y diluido al
10%.
Se prever un tanque nodriza para el cloruro frrico con un consumo de 15 das, este tanque se
sobredimensiona con un volumen de 5 m3, como margen para garantizar que habr reactivo
suficiente en la planta si existen problemas o retrasos en el transporte de este compuesto.
Para la dosificacin diaria de este reactivo se dispone de tanques de dosificacin diarios, donde el
coagulante se encontrar diluido al 10%. Este tanque dispone de su correspondiente reserva.
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Polielectrolito
Debido a la dificultad que presenta la preparacin del floculante, se cuenta con un equipo
automtico para su preparacin en continuo a partir de polielectrolito en polvo y agua.
Se ha escogido el preparador modelo POLITOP debido a su amplia experiencia en la depuracin de
aguas residuales. Las ventajas que presenta esta unidad de preparacin son: ahorro considerable de
polmero y costos de explotacin, precisin en la preparacin y dosificacin, optimizacin de los
procesos y ahorro de espacio y centralizacin de la instalacin.
Este equipo compacto, extrae de la tolva de almacenamiento el polielectrolito en polvo mediante
un dosificador de tornillo de velocidad variable, vertindose sobre el cono de agua de la tobera de
mezcla. La mezcla obtenida cae por gravedad a la primera cuba de preparacin y posteriormente
pasa por medio de sifones a las cubas de maduracin y dosificacin. Las cubas de preparacin y
maduracin tienen agitadores para garantizar una mezcla homognea y el volumen idneo para
conseguir un tiempo de retencin adecuado para la perfecta dilucin.
En la siguiente tabla se detallan las dosificaciones de reactivo puro necesario en el proceso, como
se ha explicado, estas cantidades deben dosificarse diluidas al 10%, excepto el polielectrolito que se
prepara al 0,1%. Las bombas dosificadoras correspondientes a cada reactivo estn ajustadas a estos
valores.
Tabla 25: Dosificacin de reactivos puros
DOSIFICACIN DE REACTIVOS
Reactivo empleado Consumo (Kg/h)
NaHSO3 3,9
H2SO4 5,3
Na2CO3 4,5
Ca(OH)2 10,8
FeCl3 15
Polielectrolito 0,7
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4.3 Sistema de bombeo
Toda planta industrial dispone de un sistema de bombeo necesario para impulsar el fluido a lo largo
de todo el proceso. La potencia de este sistema de bombeo tiene que ser suficiente para vencer
tanto la diferencia de altura como todas las prdidas de carga que sufre el fluido en el proceso, ya
sea en la propia tubera o en los diferentes equipos.
El sistema de bombeo de esta Estacin Depuradora se compone de:
Tres bombas de agua bruta (+3 en reserva) situadas a continuacin de cada tanque de
regulacin homogeneizacin.
Dos bombas de fangos (+2 en reserva), situadas a la salida de cada decantador.
La mayor parte del proceso transcurre por gravedad, pero, para que esto ocurra, es necesario
impulsar el agua a la salida de los tanques de homogeneizacin-regulacin hasta la altura
correspondiente, ya que dichos tanques se encuentran enterrados.
La finalidad de las bombas de agua bruta es impulsar el agua a dicha altura.
A continuacin se detallan las caractersticas de las tres bombas de agua bruta:
Bomba 1:
Correspondiente al bombeo de la lnea de aguas de desengrasado y fosfatacin.
Tabla 26: Bomba de la lnea de agua de desengrasado y fosfatacin.
BOMBA 1
Caudal 25 m3/h
Carga 6 m.c.a
Bomba 2:
Correspondiente al bombeo de la lnea de aguas crmicas.
Tabla 27: Bomba de la lnea de aguas crmicas.
BOMBA 2
Caudal 40 m3/h
Carga 6 m.c.a
Bomba 3:
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Correspondiente al bombeo de la lnea de aguas de cataforesis.
Tabla 28: Bomba de la lnea de aguas de cataforesis
BOMBA 3
Caudal 35 m3/h
Carga 6 m.c.a
Por otro lado, el bombeo de fangos es necesario para facilitar la llegada de los mismos a los equipos
de tratamiento, concretamente al espesador. Estos fangos son ms espesos que el agua bruta, por lo
que requieren de una mayor potencia de las bombas.
Dichas bombas se han diseado para vencer la diferencia de altura entre los equipos anterior y
posterior, para vencer tambin la prdida de carga del fluido en la tubera y, sobretodo, para que el
fluido llegue con la suficiente presin al filtro prensa para que ste funcione correctamente.
A continuacin se detallan las caractersticas de estas bombas:
Bomba 4:
Correspondiente al bombeo de la lnea de fangos.
Tabla 29: Bomba de la lnea de fangos.
BOMBA 4
Caudal 93 l/h
Carga 20 m.c.a
Bomba 5:
Correspondiente al bombeo de la lnea de fangos.
Tabla 30: Bomba de la lnea de fangos.
BOMBA 5
Caudal 18 l/h
Carga 20 m.c.a
5. Instrumentacin y control de la planta
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Para llevar a cabo un seguimiento de todos los procesos de la planta y garantizar su correcto
funcionamiento, es necesario controlar, como mnimo, las siguientes variables:
Caudal
Presin
Nivel
pH
Potencial Redox
A continuacin se muestra el diagrama de instrumentacin y control de la planta:
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Figura 11: Esquema del diagrama de instrumentacin y control de la planta
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A continuacin se explica detalladamente cada uno de los parmetros a controlar:
Caudal
El caudal es, seguramente, la variable ms importante a controlar. La planta se ha diseado para un
caudal determinado, concretamente para el caudal medio. En caso de que ese caudal sea superado,
en primer lugar los equipos se desbordaran, y en segundo lugar, el agua vertida no cumplira
ninguna de las limitaciones, por lo que se estara perjudicando a las estaciones depuradores aguas
abajo, con todas las prdidas que eso conlleva.
Para evitar todo ello, la planta dispone de varios sistemas de seguridad. En primer lugar, los propios
tanques de almacenamiento de entrada actan como sistema de regulacin en casos de caudal
punta. En segundo lugar, y en caso de que este sistema falle, por ejemplo, por alguna posible
ruptura de dichos tanques, existen sistemas de by-pass en la planta, para verter directamente al
colector sin daar los equipos posteriores y evitando daos mayores. Y en tercer lugar, existen
varios sistemas de control de flujo.
Este sistema de control de flujo est compuesto por un transmisor situado en campo, que enva una
seal elctrica al controlador situado en la sala de control, que a su vez, enva una seal neumtica
a la vlvula reguladora situada en la tubera, haciendo que sta modifique su apertura en funcin
del problema.
Este sistema se encuentra situado despus de los tanques de homogeneizacin -regulacin de cada
lnea de agua con el fin de conocer en cada instante de tiempo el caudal que circula, y en la lnea
de fangos a la salida de los decantadores, con el fin de conocer en todo momento el caudal de fango
que produce la planta y que va a ser posteriormente tratado.
Presin
Esta variable no est considerada de las ms importantes ya que prcticamente todos los equipos
del proceso estn abiertos a la atmsfera, y casi todo el proceso transcurre por gravedad, es decir,
a una presin baja.
nicamente es imprescindible medir esta variable en los equipos a presin, que son, en este caso,
las bombas, la soplante, y el filtro prensa. En estos equipos se alcanzan presiones mayores que
requieren ser medidas por razones de seguridad. La medicin de esta variable se hace en campo
exclusivamente, y, en caso de superarse valores de diseo, dichos equipos disponen de sistemas de
seguridad, como vlvulas de alivio, o vlvulas reductoras de presin.
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Nivel
El nivel es una variable muy importante siempre que haya tanques. El punto de medida ms
importante de esta variable es en los tanques de regulacin homogeneizacin, ya que en caso de
producirse un problema en dichos tanques, la bomba situada a la salida de ambos quedar afectada
directamente, lo que conlleva importantes prdidas econmicas.
El sistema de control de nivel est compuesto por un transmisor situado en el mismo tanque, que
enva una seal elctrica al controlador situado en la sala de control, que a su vez, enva una seal
neumtica al motor de la bomba situada a continuacin, haciendo que sta modifique su frecuencia
en funcin de la demanda.
De esta manera, en caso de que el nivel en el tanque disminuya por debajo de un valor, la bomba
disminuir su frecuencia para dar tiempo a que el tanque vuelva a llenarse, hasta el punto de
quedar parada si es necesario, antes de que existan problemas de cavitacin en ella.
Y, por el contrario, en caso de que se produzca un aumento del nivel por encima del valor lmite, la
bomba aumentar su frecuencia para bombear ms agua y evitar problemas en ella.
Otro punto importante de medicin y control del nivel es en los tanques de dosificacin de
reactivos. El hecho de que estos tanques se queden sin reactivo supone que el agua no va a ser
tratada como debera, y por lo tanto, ser vertida sin cumplir con ninguna limitacin. Este sistema
de control, por lo tanto, es determinante para el correcto desarrollo del proceso.
pH
Otro punto clave y crtico del proceso. El pH es un indicador del correcto desarrollo de las
reacciones de precipitacin. Esta variable es el indicador de que dichas reacciones se han
completado correctamente, por lo que su medicin y control se hacen totalmente imprescindibles.
Esta variable es controlada en todos los tanques donde ocurren reacciones de precipitacin, y el
sistema de control funciona del mismo modo que los anteriores. El transmisor en el propio tanque es
el que mide el valor del pH. Este enva una seal elctrica al controlador situado en la sala de
control y ste, a su vez, enva una seal neumtica a la vlvula de control situada en la tubera de
dosificacin del reactivo. De este modo, en caso de que el pH sea menor que el pH de reaccin, la
vlvula seguir dosificando reactivo para alcanzar dicho pH. Y, en caso contrario, una vez alcanzado
dicho pH, la vlvula dejar de dosificar reactivo.
Del mismo modo ocurre en los puntos donde es necesario ajustar el pH dosificando cido o base, por
ejemplo, en algunas etapas del proceso y a la salida de la planta, para los casos en los que, debido
a un fallo en la misma, el vertido est a un pH por encima del permitido y sea necesario bajarlo.
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Potencial Redox
El potencial redox es un indicador del completo desarrollo de la reaccin redox del cromo, por lo
que su medicin y control se hace igualmente imprescindible.
Esta variable es controlada nicamente en el tanque donde ocurre la reaccin, y el sistema de
control funciona del mismo modo que en el caso del pH. El transmisor en el propio tanque es el que
mide constantemente el valor del potencial de la reaccin. Este enva una seal elctrica al
controlador situado en la sala de control y ste, a su vez, enva una seal neumtica a la vlvula de
control situada en la tubera de dosificacin del reactivo necesario para que se lleve a cabo la
reaccin.
Al ser medido en cada instante de tiempo, mientras el potencial siga aumentando de manera
gradual, la vlvula seguir dosificando reactivo, pero en el momento en el que se produzca un
aumento muy brusco en el mismo, la vlvula dejar de dosificar, habindose completado la
reaccin.
6. Calidad del vertido final
Se puede garantizar que, tras la depuracin de las aguas, el vertido de la EDARi a colector municipal
cumple con los requisitos establecidos de acuerdo a la Ley citada anteriormente en el apartado 2.2.
Esta Ley no slo fija las concentraciones lmite de metales pesados que deben estar presentes en el
vertido, sino que adems fija tambin, como se detall anteriormente, los lmites en DBO5, DQO y
slidos en suspensin.
En esta EDARi, adems de la total eliminacin de los metales pesados, como ya se ha detallado, se
consigue la eliminacin de gran parte de DBO5, DQO y slidos en suspensin presentes en las aguas.
Para ello, es necesario fijar un rendimiento en el diseo de los decantadores del proceso, que son
los encargados de eliminar parte de estos contaminantes.
Teniendo en cuenta el rendimiento para DBO5 y SS de un 20% y un 90% respectivamente, en los
decantadores de primera y segunda etapa, los valores de salida para ambos parmetros se muestran
a continuacin.
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Tabla 31: Calidad del vertido de la EDARi a colector municipal
CALIDAD DE VERTIDO
DBO5 170 ppm
Slidos en suspensin 5 ppm
Metales pesados
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A continuacin se muestran detalladamente los costes asociados a cada uno de los puntos
anteriores.
Costes de personal
En los costes de personal se ha estimado oportuna la necesidad de contratar a 2 operarios y 1 jefe
de planta. En la siguiente tabla se muestran los salarios anuales de cada uno de los trabajadores de
la planta, as como la partida anual destinada a dichos costes.
Tabla 32: Costes anuales de personal
PERSONAL
2 operarios 48.000 euros/ao
1 jefe de planta 36.000 euros/ao
Total 84.000 euros/ao
Costes de energa
En los costes de energa elctrica se han tenido en cuenta todos los equipos elctricos, as como la
instrumentacin e iluminacin de los mismos.
En la siguiente tabla se muestra la potencia instalada en cada uno de los equipos as como el total
anual destinado a dichos costes.
Tabla 33: Costes anuales de la energa elctrica
ENERGA ELCTRICA
KW/h Euros/ao
Bombas centrfugas 30 685
Bombas dosificadoras 2 754
Soplantes 5 1920
Agitadores 1,5 548
Filtro prensa 12,5 4800
Tolva 0,75 274
Cinta transportadora 1 411
Iluminacin de equipos 10 939
Total 24.096 Euros/ao
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Coste de reactivos
El siguiente aspecto a contabilizar es el consumo de reactivos en el proceso.
La siguiente tabla muestra el consumo de dichos reactivos, as como el precio a pagar por ellos.
Tabla 34: Costes anuales de los reactivos qumicos
REACTIVOS
kg/ao Euros/ao
Bisulfito sdico 15.230 15.230
cido sulfrico 20.631 8.252
Carbonato sdico 18.048 4.512
Cal 67.858 6.785
Cloruro frrico 170.227 42.556
Polielectrolito 2.688 6.720
Total 83.790 Euros/ao
Transporte y gestin de fangos
El ltimo aspecto a contabilizar es el transporte y gestin de fangos. Como ya se explic
anteriormente, los fangos almacenados al final del proceso son llevados a vertedero de seguridad.
Tanto el transporte como la gestin de dichos fangos en el vertedero suponen un coste importante
para la empresa.
En la siguiente tabla se muestra el precio por kg de fango depositado en vertedero, as como el
coste anual de esta partida.
Tabla 35: Costes anuales del transporte y gestin de los fangos
TRANSPORTE Y GESTIN DE FANGOS
kg/ao Euros/kg
423.523 0,15
Total 63.528 Euros/ao
Adems de todos estos costes fijos, hay que tener en cuenta que existen unos costes de explotacin
y mantenimiento asociados a la planta, que se han estimado en aproximadamente 60.000
Euros/ao.
Esta estimacin se ha realizado en base a otras estaciones depuradores de similares caractersticas
que la empresa tiene construidas por el resto del pas.
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Teniendo en cuenta todos y cada uno de los aspectos contabilizados anteriormente, se deduce que
el coste anual total de la planta es el siguiente:
Tabla 36: Costes anuales totales
COSTE ANUAL TOTAL
Costes 241.655 Euros/ao
Coste de explotacin y mantenimiento
60.000 Euros/ao
COSTE ANUAL TOTAL 301.655 Euros/ao
En el siguiente grfico se pretende mostrar de una manera ms visual los porcentajes que
representan cada uno de los costes anuales de la planta.
Grfica 1: Costes anuales de la EDARi
Para finalizar el estudio econmico, se pretende dar una idea, a grandes rasgos, de lo que suponen
los costes invertidos en el diseo y mantenimiento de esta Estacin Depuradora de Aguas Residuales
Industriales, con respecto a los coches producidos.
El coste total anual que le supone a la Empresa la Planta, quedara amortizado con la venta
de aproximadamente 12 coches en un ao.
El coste total anual que le supone a la Empresa la gestin de fangos, quedara amortizado
con la venta de aproximadamente 3 coches en un ao.
El precio del m3 de agua tratada le supone a la Empresa 0,45 euros.
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8. Bibliografa
- Sainz Sastre J.A. Procesos y operaciones unitarias en depuracin de aguas residuales. Coleccin
EOI Medio Ambiente. 2005.
- Politech. [en lnea]: [Consulta: 27 de Junio de 2013]
< http://www.politech.es/pdf/Preparador-de-poli-Politop.pdf>
- Aquaplan. [en lnea] [Consulta: 18 de Junio de 2013]
- Mapfre. [en lnea] [Consulta: 18 de Junio de 2013]
-
DISEO DE UNA EDARI DE UNA
INDUSTRIA DEL SECTOR AUTOMVIL
Promocin 2012 -2013
AUTORES:
Clara Agustn Ingelmo
Laura Ferrer Fernndez
Blanca Sabadell Lpez De Arbina
TUTOR:
Juan Antonio Sainz Sastre
Esta publicacin est bajo licencia Creative
Commons Reconocimiento, Nocomercial, Compartirigual, (by-
nc-sa). Usted puede usar, copiar y difundir este documento o
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se use de forma comercial y no se modifique su licencia. Ms
informacin: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/
Master en Ingeniera y Gestin del Agua
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ndice
1. Antecedentes ...............................................................3
2.