pfm diseño edari 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

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

DISEO DE UNA EDARI DE UNA INDUSTRIA AUTOMOVILSTICA Clara Agustn, Laura Ferrer y Blanca Sabadell

EOI Escuela de Organizacin Industrial http://www.eoi.es

2

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

......................................................................................



3

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



5

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.



7

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.



8

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:



10

Figura 1: Diagrama de flujo del proceso con los tanques de dosificacin de reactivos.



11

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)


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.



21

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.



23

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)


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.



24

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



25

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.



26

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.



27

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



28

Tabla 10: Dimensionamiento del tanque homogeneizacin-regulacin de las aguas crmicas

AGUAS CRMICAS

Volumen real 1272 m3



Tabla 11: Dimensionamiento del tanque homogeneizacin-regulacin de las aguas de cataforesis

AGUAS DE CATAFORESIS

Volumen real 1145 m3



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



29

Tabla 13: Sistema de aireacin aguas crmicas

SISTEMA DE AGITACIN DE LA LNEA AGUAS CRMICAS

Caudal 25 m3/h


Filas 16 filas


Tabla 14: Sistema de aireacin aguas de cataforesis

SISTEMA DE AGITACIN DE LA LNEA AGUAS DE CATAFORESIS

Caudal 35 m3/h


Filas 14 filas


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



30

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.



31

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



32

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



33

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


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




34

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



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.



35

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


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.



36

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.



37

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.



38

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.



39

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



40

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:



41

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



42

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:



43

Figura 11: Esquema del diagrama de instrumentacin y control de la planta



44

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


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


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

parte del mismo siempre y cuando se mencione su origen, no

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



2

ndice

1. Antecedentes ...............................................................3

2.

pfm diseño edari 2013

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