REÚSO DE EFLUENTES INDUSTRIALES

Aplicación en Procesos de Teñido de Industrias Textiles

Enzo S.A.

IntroducciónLa industria textil es una actividad que demanda alto consumo de agua y en consecuencia genera un importante volumen de desagües. Además, está industria es clasificada una de las diez más contaminantes. La situación por la que atraviesa este sector en el Perú, sumada a la fuerte presión legal, más el elevado costo del recurso agua (US$ 1.46/m3). hace prioritario que oriente sus esfuerzos a mejorar diferentes aspectos del proceso, lo que forzosamente deberá contemplar:

- La racionalización del uso del agua;- La reutilización de líquidos de lavado y enfriamiento;- El empleo de equipamiento de tintorería con menor empleo de agua;- La optimización de técnicas de tintura;- La eliminación o sustitución de productos contaminantes.

Normatividad Vigente

En Octubre del 2013, entro en vigencia el D.S. 021-2009-Vivienda, normatividad por la cual toda empresa que efectúa vertimientos industriales a la red de alcantarillado tiene que realizar estas descargas por debajo de los valores requeridos. Las dificultades más importantes se encuentran en las pequeñas y medianas industrias que, debido a problemas económicos, o falta de espacio, no pueden tratar sus efluentes.

Problemática de una Empresa Textil

1.- VMA - Caracterización de Aguas Residuales:

Anexo 1 ( Exceso es un Pago de Multa)DQO: 1220 mg/lt, limite 1000 mg/ltAceites y Grasas 450 mg/lt, limite 100 mg/ltAnexo 2 (Exceso es cierre de conexión)Ph : 5.5, limite entre 6 y 9Temperatura : 36 ⁰C, limite 35 ⁰C

2.- Costos de Proceso

Agua PotableCostos de Energía

Nro. Parametro Unidad Expresión Resultados Límite de detección VMA

1 Demanda Bioquímica de Oxígeno mg/L DBO5 342 - 5002 Demanda Química de Oxígeno mg/L DQO 1220 - 10003 Sólidos Suspendidos Totales mg/L S.S.T 0 - 5004 Aceites y Grasas mg/L A y G 450 - 1005 Nitrógeno Amoniacal mg/L NH+4 5.60 <0.10 806 Sulfatos mg/L SO4 340 - 5007 Sulfuros mg/L S-2 <0.10 <0.10 5

8 Aluminio mg/lt Al 0.72 <0.00844 109 Arsénico mg/lt As <0.00368 <0.00368 0.5

10 Boro mg/lt B <0.00814 <0.00814 411 Cadmio mg/lt Cd 0.021 <0.0000849 0.212 Cianuro Total mg/L CNT <0.01 <0.01 113 Cobre mg/lt Cu 0.112 <0.000339 314 Cromo Hexavalente mg/lt Cr+6 <0.001 <0.001 0.515 Cromo Total mg/L Cr <0.000403 <0.000403 1016 Manganeso mg/lt Mn 1.8 <0.0000631 417 Mercurio mg/lt Hg <0.000311 <0.000311 0.0218 Níquel mg/lt Ni <0.00106 <0.00106 419 Plomo mg/lt Pb 0.087 <0.00323 0.520 Zinc mg/lt Zn 0.072 <0.00117 10

21 pH pH 5.5 - 6 – 922 Sólidos Sedimentables mL/L/h S.S. 0 - 8.523 Temperatura °C T 36 - <35°

1. ANÁLISIS QUIMICOS:

2. METALES DISUELTOS:

3. PARAMETROS DE CAMPO:

Problemas Principales

aaaaaa

Esquema de un Sistema de Tratamiento

Cisterna de Recepcion de Agua Potable

Ablandadores

Agua Potable Sedapal

Agua Potable Camiones Cisterna

Jet 1

Jet 2

Jet 3

Jumbo 1

Jumbo 2

Jumbo 3

Jumbo 4

Jumbo 5

Dbreka1

Debreka 2

Brazzolli

Caldero

Al Sistema de Alcantarillado

Torre de Enfriamiento

Proceso Actual1

2

3

45

6

7

Costos Asociados al Proceso de Producción

Poza de Recepción de Efluentes

Esquema de un Sistema de TratamientoCostos Asociados al Proceso de Producción

Planteamiento de Solución

OBJETIVOS:Encontrar una solución integral para el tratamiento de los efluentes industriales:• Neutralización del pH• Mantener la Temperatura menor a 35⁰C • Mantener una dureza adecuada• Valores dentro de los Valores Máximos Admisibles (VMA) D.S. 021-2009 Vivienda• Eliminar el color de los efluentes• Determinar la posibilidad de usar el efluente tratado como agua de enjuague en el proceso industrial.

CONDICIONES DE TRABAJO• Área disponible de 7.5 m2

• La poza de recepción de efluentes de 10 m3

• La operación es de 24 horas • Dificultad en la instalación de tuberías y Canaletas para instalación de cables

PROPUESTAInstalación de Planta de Tratamiento de Efluentes Industriales basado en la tecnología de Tanques Sedimentadores de Alta Eficiencia

Modelo de Sedimentacion

Zona de Clarificación

El Núcleo

Zona de Compactación

Zona de Dispersión

Campanas deflectoras

• La carga de alimentación entra en el tubo anular.

Ingreso de carga de Alimentación

• Mezcla de alimentación más densa se hunde. Área se expande la velocidad disminuye y los sólidos se sedimentan. Agua ingresa al núcleo. Conglomerados gruesos sedimentan, partículas pre floculadas ingresan al núcleo nueva disminución de la caída de velocidad y las partículas abandonan la suspensión.

• Los sólidos sedimentan por la pendiente inclinada y son consolidados /compactados , el exceso de agua se libera.

• Se establece una zona hidráulica por diferencias de densidad. El agua circula por la tubería y rebosa en el área de alimentación, diluyendo la alimentación y arrastra partículas pre floculadas al centro

• El agua clarificada, se eleva mas arriba que el cono de alimentación.

Vista Tridimensional

Estudio Preliminar

Estudio de Gabinete:

Se efectúa una evaluación de nivel de clarificación de los efluentes, con diversos reactivos que existen en el Mercado, tanto de coagulantes como de floculantes.

Antes Después

Pruebas de Laboratorio

Estudio Preliminar

Estudio Piloto

Definidos los reactivos que permiten la sedimentación ideal se procedió a efectuar un estudio piloto, el cual permite in situ evaluar niveles de reducción de todo tipo de elementos orgánicos e inorgánicos.Para lo cual se diseño un tanque sedimentador piloto para cada caso considerando:• Velocidad de Sedimentación• Tiempo de residencia• Generación de Lodos (Underflow)En función de ello se determinaron la separación de campanas internas así como ángulos de inclinación de las campanas.

Planeamiento1. Distribución de Área

Se efectuó un estudio de distribución de área para determinar dimensionamiento de los tanques Sedimentadores en función del caudal que se deberá tratar, considerando que solo se cuenta con 7.5 m2.

Planeamiento1. Distribución de Área

Se efectuó un estudio de distribución de área para determinar dimensionamiento de los tanques Sedimentadores en función del caudal que se deberá tratar, considerando que solo se cuenta con 7.5 m2.

Planeamiento1. Distribución de Área

Se efectuó un estudio de distribución de área para determinar dimensionamiento de los tanques Sedimentadores en función del caudal que se deberá tratar, considerando que solo se cuenta con 7.5 m2.

2. Calculo de Dimensionamiento de Tanques SedimentadoresSe efectuó el diseño de los tanque Sedimentadores, se escogieron dos tanques debido a que, si bien es cierto el caudal promedio, es de 6.5 lps pero se ha encontrado que se tiene un caudal instantáneo de 20 lps. Se efectuó el calculo de peso total en Tn para determinar la distribución de peso en toda la zona.

3. Estudio de Cimentación Se efectuó un estudio de suelos y cimentación para determinar la estructura que pueda soportar el peso de los tanques Sedimentadores.

4. Estudio de nivel de AlmacenamientoDebido a que las pozas de recepción de efluentes tenían poca capacidad de almacenamiento se estudio la forma de poder controlar los caudales instantáneos, para ello se ha determinado el tipo y numero de equipos de bombeo, para el caso se ha seleccionado dos bombas sumergibles de aguas residuales que puedan soportar temperaturas de trabajo de 70 ⁰C. Para el control de los niveles de la poza de efluentes se empleara transductores de presión los que determinaran mediante las entradas y salidas analógicas el porcentaje de trabajo de las bombas, el cual se controlara mediante variadores de velocidad.

• Etapa 1: El descrude, se efectúa para sacar los aceites que se usaron para tejer la tela. Debido a que el hilado es difícil de tejerlo en crudo por lo que se le colocan parafinas y aceites para luego poder tejerlo y que no tengan fallas. De no retirar estos aceites pueden aparecer manchas, por lo que se deben retirarlos al inicio del proceso.

• Etapa 2: El Enjuague: se prepara el baño de tintura, para esto se añade agua más auxiliares, como detergentes y otros elementos que hacen propicia la tintura. La temperatura también es importante, y se regula dependiendo del tipo de tela que se va a teñir, asi como también el tiempo y la velocidad de reducción de la temperatura.

• Etapa 3: El teñido : Se efectúa el fijado del color, para darle solidez a la tela frente al lavado y que no se destiña, y/o que manche otras prendas; aunque esto también depende de la fibra. Este proceso consiste en un nuevo baño con un agente fijador del color, o por agotamiento, donde las fuerzas de afinidad entre colorante y fibra hace que el colorante pase del baño a la fibra hasta saturarla y quedar fijada en él.La calidad final es un resultante de todos los aspectos del proceso, más la calidad de los colorantes y un buen fijador.

• Etapa 4: Neutralización: Una vez finalizado este proceso, se pasa a darle una terminación o acabado especial a la tela. Los mismos pueden ser teflonado, protección UV, o bien siliconado o suavizante.

Planeamiento

5. Estudio de Procesos de Teñido de Telas

Planeamiento

100%

Lleno

Vacio

0% 0 5

Tipo de Dosificacion

185

Minutos

Diagrama de Procesos de Maquina de Tenido

1 121

Descrude

Tenido Lavado Reductivo

Neutralizado

12010 125 165 170

Planeamiento

6.- Estudio de Generación de Energía del Caldero

a. Principio de funcionamiento de la caldera para generar vapor

El agua potable que va a la caldera es almacenada en un tanque con capacidad suficiente previamente definida, una válvula de control de nivel mantiene el tanque con agua, a su vez una bomba de alta presión empuja el agua hacia adentro de la caldera por medio de tuberías, al tiempo que, se da la combustión en el horno, el quemador es controlado automáticamente para pasar solamente el gas necesario, la flama o calor es dirigida y distribuida a las superficies de calentamiento o tuberías donde la energía térmica liberada en el proceso de combustión se transmite al agua contenida en los tubos sumergidos en el agua y el calor pasa por el interior de los tubos donde por medio de los procesos de radiación, conducción y convección el agua se transforma en vapor, dicho vapor es conducido por tuberías a las maquinas de tenido.

En este caso para el proceso de tenido se necesita elevar el agua al interior de las maquinas de teñir de 18 ⁰C a 60 ⁰C. Por lo que para efectuar esta transferencia de calor el caldero debe emitir vapor que tenga una temperatura de trabajo de hasta 104⁰C.

Planeamiento

Vapor de Agua

Sale a 104⁰CVapor Llega a 80 ⁰C

Cisterna de Agua

Sale a 18⁰C

Por Intercambio de Calor el agua al interior de la teñidora llega a 60 ⁰C

Dónde:Q: Es la energía ganada o perdida por el cambio de

temperatura para agua y vaporMagua: Cantidad de agua a entregar energíaMvapor: Cantidad de agua a entregar energíaCeagua: Calor especifico del aguaLvapor: Calor Latente de Vaporización (538 Kcal/Kg ⁰C)Cevapor: Calor especifico del vapor: Cambio de temperatura

Calculo de energía

Tabla 1: Datos para el calculo de Energía necesaria para cada maquina de Tenido

T inicial (°C) T final (°C) ΔT (°C) Ce H2O

(Kcal/Kg.°C)

Sin PTAR 18 60 42 1

Con PTAR 40 60 20 1

6.- Estudio de Generación de Energía del Caldero

Planeamiento

Sin PTAR Con PTARMaquina Capacidad (Kg) Energía (Kcal) Energía (KJ) Energía (Kcal) Energía (KJ)

Jet 1 2000 84000 351624 40000 167440Jet 2 2000 84000 351624 40000 167440Jet 3 3000 126000 527436 60000 251160

Jumbo 1 3000 126000 527436 60000 251160Jumbo 2 4000 168000 703248 80000 334880Jumbo 3 3000 126000 527436 60000 251160Jumbo 4 3000 126000 527436 60000 251160Jumbo 5 4000 168000 703248 80000 334880Vreka 1 1500 63000 263718 30000 125580Vreka 2 1500 63000 263718 30000 125580Brazzolli 1800 75600 316461.6 36000 150696

Total 1209600 5063385.6 576000 2411136

Tabla 2: Energía Necesaria para cada Maquina de Teñido

La energía necesaria y ganada para cada máquina será proporcionada por el vapor de agua proveniente del caldero. La siguiente tabla muestra la cantidad de energía ganada para cada máquina para incrementar la temperatura.

La energía cedida por el vapor hacia las maquinas es

6.- Estudio de Generación de Energía del Caldero

Planeamiento

Esa energía cedida es gracias a una cantidad de masa de vapor de agua entregada dede el caldero, entonces se calcula cuanto es la masa de vapor de agua necesaria para entregar la energía total para las maquinas.

El vapor de agua al entrar a la zona de teñido con el fin de entregar energía pierde, Temperatura en 3 formas:1. Decremento de la temperatura como vapor de agua de 104°C a 100°C2. Ocurre un cambio de fase en el estado vapor – líquido a 100°C3. Decremento de la temperatura como agua líquida de 100°C a 80°C

Tinicial (°C) Tfinal (°C) Lv (Kcal/Kg)Sin PTAR 104 80 538.7Con PTAR 104 80 538.7

Dónde:QT: la energía total ganada por las maquinas (tabla 2)

La masa de vapor de agua es igual a la masa de agua líquida debido a que todo es masa de agua debe convertirse en estado vapor:De las ecuaciones 5, 6 y 7 se despeja la masa de vapor de agua que se necesita para entregar la energía total a las maquinas para incrementar su temperatura de 18°C a 60°C.

𝑀 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟=𝑄𝑇

𝐶𝑒𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟∗∆𝑇 +𝐿𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟+𝐶𝑒𝑎𝑔𝑢𝑎∗∆𝑇……… (8))

reemplazamos los datos ya recolectados y obtenemos la masa de vapor:

Masa (Kg)Sin PTAR 2157.30337Con PTAR 1027.28732

Tabla 3:

Tabla 4:

Calculo de consumo de Energía- GasSe calcula la energía necesaria que debe entregar el gas natural al caldero para obtener la masa de vapor de agua obtenida en la tabla 4 a 104°CEl agua líquida a 18°C entra al caldero y sale como vapor de agua a 104°C esta energía que gana el agua para convertirse en vapor se da en 3 formas:1. Se incrementa la temperatura como agua líquida de 18°C a 100°C2. Ocurre un cambio de fase en el estado líquido - vapor a 100°C3. Se incrementa la temperatura como vapor de agua de 100°C a 104°C

6.- Estudio de Generación de Energía del Caldero

Planeamiento

¿Dónde:

QT: la energía total ganada por el agua (Kcal)

Tabla 5: Energía del gas natural para convertir agua liquida a vapor en el caldero

Q1 (Kcal) Q2 (Kcal) Q3 (Kcal) QT (Kcal) QT (KJ) QT (GJ)Sin PTAR 176,898.9 1’162,139.3 4,314.7 1’343,352.8 5’623,274.8 5.6Con PTAR 84,237.6 553,399.7 2,054.6 639,691.8 2’677,749.9 2.7

Para transformar Kg de agua liquida a vapor para elevar el agua al interior de las maquinas de tenido a 60 ⁰C

Sin PTAR 2,157.3 Kg 5.6 GJ

Con PTAR 1,027.3 Kg 2.7 GJ

Tabla 6: Resumen Energía Necesaria

Calculo: del Costo del Gas

Pu (S/. / GJ) # partidas/día

8.3953 6

Donde:: es la energía de gas total por partidaEC: energía consumida total al día para cada procesoCm: costo total mensual de gas

Descrude Teñidolavado

ReductivoNeutralizad

oCosto Total

(S/./dia)Costo Total (S/./mes)

EC sin PTAR (Gj/dia) 33.74 33.74 33.74 33.74 1,133.02 33,990.54EC con PTAR (Gj/dia) 16.07 16.07 16.07 16.07 539.53 16,185.97

Con PTAR se logra un ahorro del 52%

6.- Estudio de Generación de Energía del Caldero

Planeamiento

7.- Estudio de Clarificación

La aplicación con las aguas clarificadas dieron resultados positivos según laboratorio de la fabrica textil y que esto significa que para telas de color oscuro esta agua cumpliría para su aplicación.

1. Dosificacion Tipo 1, Porcentaje de Aplicación 75%Primera dosis para aguas residuales provenientes de los procesos de enjuague, lavado reductivo y neutralizado:

REACTIVO CONCENTRACION (%)

CONSUMO (l/día)

CONSUMO PURO (Kg/día) S./ Kg S./ día S./ mes

PAC-100 10 3024 302.4 3 907.20 27,216.00AR-7500 0.1 1814.4 1.81 3 5.44 163.30

TOTAL 27,379.30

2. Dosificación Tipo 2, Porcentaje de Aplicacion Esta dosificación será efectuada para aguas residuales provenientes de procesos

de teñido

REACTIVO CONCENTRACION (%)

CONSUMO (l/día)

CONSUMO PURO (Kg/día) S./ Kg S./ dia S./ mes

PAC-100 10 4,838.4 483.84 3 1,451.52 43,545.60AR-7500 0.1 1,814.4 1.81 3 5.44 163.29

TOTAL 43,708.90

Dosificacion % de Tratamiento Costos Unitarios

Costo Total

Primera 0.75 27,379.30 20,534.48

Segunda 0.25 43,708.90 10,927.23

Total 31,461.70

Costos de Operación100%

Lleno

Vacio

0% 0 5

Tipo de Dosificacion

185

Minutos

Diagrama de Procesos de Maquina de Tenido

1 121

Descrude

Tenido Lavado Reductivo

Neutralizado

12010 125 165 170

Planeamiento

8.- Estudio de Tratamiento de LodosSe generado lodo coloidal para 10 lps 7 m3, pero este lodo coloidal , mediante las mangas Mactube se podrá reducir a un peso total de 70 kg/dia.Costos de Tratamiento1. Costo de Mangas Mactube: S/. 800/ manga

Numero de mangas/ mes: 12. Costo de Disposición final S/. 1,500/mes Total de Costo de Tratamiento S/. 2,300/mes

Sistema de Automatización y Control

Una parte importante del proyecto radica en la perfecta coordinación de control de caudales en la fabrica, debido a que no se cuenta con una zona de recepción de efluentes de almacenamiento de grandes dimensiones en donde se podría ecualizar la dosificación de coagulantes y floculantes. En este caso se debe llevar un control bastante preciso para que el sistema funcione eficientemente. Por lo que es necesario desarrollar un sistema de monitoreo y control que permita conocer en forma anticipada:• Caudales de descarga de cada una de las maquinas de tenido• Tiempo de descarga de cada proceso para determinar los caudales picos instantáneos, • Tipo de efluente (Tipo 1: Descrude, lavado reductivo y neutralizado)• Tipo de efluente (Tipo 2: Teñido)• Control de Temperatura• Control de Dosificacion.

Sistema de Automatización y Control100%

Lleno

Vacio

0% 0 5

Tipo de Dosificacion

185

Minutos

Diagrama de Procesos de Maquina de Tenido

1 121

Descrude

Tenido Lavado Reductivo

Neutralizado

12010 125 165 170

100%

Lleno

Vacio

0% 0 5

Tipo de Dosificacion

185

Minutos

Diagrama de Procesos de Maquina de Tenido

1 121

Descrude

Tenido Lavado Reductivo

Neutralizado

12010 125 165 170

100%

Lleno

Vacio

0% 0 5

Tipo de Dosificacion

185

Minutos

Diagrama de Procesos de Maquina de Tenido

1 121

Descrude

Tenido Lavado Reductivo

Neutralizado

12010 125 165 170

2 3 4Tiempo 1Tiempo

Primera Etapa: En forma Manual

Segunda Etapa: En forma

Automática

Esquema de un Sistema de Tratamiento

Cisterna de Recepcion de Agua Potable

Ablandadores

Poza de Recepción de Efluentes

Agua Potable Sedapal

Agua Potable Camiones Cisterna

Jet 1

Jet 2

Jet 3

Jumbo 1

Jumbo 2

Jumbo 3

Jumbo 4

Jumbo 5

Dbreka1

Debreka 2

Brazzolli

Caldero

Proceso Propuesto

Bomba Dosificadora de Floculante

Tanque Sedimentador

10 l/s

Valvulas de control

Tanque sedimentador

de 10 lps

Tanque Sedimentad

or 10 l/s

Tranductor de Presion

Mezclador de Carga

Cisterna de Almacenamiento

de 30 m3

Mezclador en Linea

Tranductor de Presion

Bomba Peristaltica

Mangas Filtrantes Mactube

Poza de Aguas de

Filtrado de Mangas

Bomba Dosificadora

de Coagulante

1

1

1

2

3

4

1 Alcantarillado

Esquema de un Sistema de Tratamiento

Proceso PropuestoCostos de Proceso con PTAR

Comparación de Costos

Costos Sin PTARItem Descripción Cantidad Costo

UnitarioCosto Total

1 Agua de Sedapal (m3/mes) 2,280.00 4.48 10,223.42

2 Agua de Camión Cisterna 0 3.71 0

3 Costo de Ablandamiento de agua m3 30.00 120 3,600.00

4 Costo de energía de Caldero 2,024.00 8.40 17,001.50

5 Costo de Horas Muertas 0 160.00 0

6 Costos de Alcantarillado 1,692 2.1 3,555.09

7 Excesos de VMA 0

8 Costos de Reactivos/mes 30,000.00

9 Costos de tratamiento y disposición de lodos/mes

1.00 2,000.00 2,000.00

Total Costos 66,380.21

Costos Con PTAR

Reduccion de Costos : 68%

Contacto

Para cualquier información dirigirse a:MSc. Ing Jaime G Uchuya Cornejo

Hidroambiente Soluciones Tecnologicas SACJr. Gozolli Norte 580 Of 402 San Borja

Lima - PeruEmail: juchuya@Hidroambiente.pe

Teléfonos: Oficina: 225 4587

Celular: 995 689 358sssssssssssssss