Operación de plantas de tratamiento de aguas residuales.

Urbieta López Alejandro

Rojas Cabrera Fabiola.

Proyecto.

• Objetivo
• Justificación
• Planeación de Actividades
• Diagrama de Gantt
• Desarrollo
• Análisis e interpretación de resultados
• Informe final

Esta investigación tiene por objetivo, el determinar cuales son los contaminantes y componentes físicos y químicos del agua del lago de Texcoco y del agua del canal de aguas negras Bordo de Xochiaca, con el fin de implementar un tratamiento del agua del bordo de Xochiaca por osmosis inversa, y transportarla hasta el lago de Texcoco, con el objeto de diluir su salinidad y concentración de contaminantes.

Uno de los aspectos importantes que debemos señalar al mencionar el desarrollo del proyecto, es que se requiere de una infraestructura considerable para realizar el objetivo antes mencionado, en la utilidad que demuestra la desalinización por el método de osmosis inversa encuentra el sustento este proyecto, y de igual forma en la medida en que el proyecto resulte costeable, los resultados se darán en un periodo de largo plazo, aproximadamente de unos 5 años, el objetivo principal de dicho saneamiento, es la consolidación de un ecosistema, equilibrado y sustentable en el área del lago de Texcoco, diluyendo la gran salinidad que mencionamos atrás.

Desde hace algunos años se han realizado investigaciones para determinar cual es la forma más fácil y coherente de desalinizar el lago, lo que los investigadores habían propuesto tiene su fundamento en la restauración del ciclo hidrológico, sin embargo dicha restauración se daría en forma parcial si pensamos que el tratamiento en el mismo sitio es muy complicado, sin embargo con el proyecto que proponemos, no solo se restaurará el lago de Texcoco sino que también se podrá revertir un poco la contaminación de los canales de desahue de las poblaciones aledañas como lo son Nezahualcoyotl, Chimalhuacan. Aragón y Texcoco, lo que consigue la versatilidad del proyecto que estamos proponiendo.

Las nuevas tecnologías y el desarrollo del conocimiento científico han forjado que este proyecto que hace algunos años no resultara costeable en este país, sea hoy en día una posibilidad muy considerable en el área que concierne al desarrollo de un progreso sustentable en el país, esta sustentabilidad de la que habla hoy en día es la pieza clave para que se le tome interés en el mantener y mejorar las condiciones ambientales y de biodiversidad, gracias a estos avances científicos en el área de tratamiento de agua es posible hoy realizar un proyecto tan ambicioso.

• 1 Marzo de 1998

Tomamos la muestra del lago de Texcoco, en un recipiente de plástico,

• 2 Muestreos el agua del bordo de Xochiaca,

Ubicado en las afueras de ciudad Neza, el bordo de Xochiaca es un cuerpo receptor d aguas negras, que conduce una cantidad muy considerable de contaminantes provenientes de las comunidades vecinas.

• 3 Marzo de 1998

Determinamos la cantidad de sólidos, en el cuerpo de agua de la muestra tomada del lago de Texcoco, estos resultados serán mencionados posteriormente.

• 10 Marzo de 1998

Determinamos la cantidad de sólidos, en el cuerpo de agua de la muestra tomada del lago de Texcoco, estos resultados serán mencionados posteriormente.

La tecnología utilizada para este propósito ha sido mencionada anteriormente, en esta parte ahondaremos aún mas en la metodología utilizada para implementarla en este proyecto.

Desarenación por osmosis inversa

para agua subterránea salobre, de US dólares 0.9/m3 para agua de mar.

Introducción

En esta introducción mostramos los trabajos realizados en otros lugares del mundo que demuestran la efectividad del sistema de hidroenergía

La mayoría de los países en el medio oriente presentan déficits de agua. En ellos se consume cada gota de agua disponible en los ríos y acuíferos subterráneos y rápidamente están agotando el agua subterránea que únicamente se puede usar una sola vez. Israel agotó prácticamente sus fuentes renovables de agua dulce en la década de los años ochenta. Jordania, su país vecino, y muchos otros países árabes, pronto verán agotadas sus propias fuentes renovables si los patrones actuales de consumo de agua no se revisan pronto y en forma radical.

El lago de Texcoco está situado en la parte superior del borde de Xochiaca d y en el extremo este del Distrito federal (Fig. 1). es un importante centro de biodiversidad de el estado de México, en expansión y experimenta un acelerado desarrollo industrial a lo largo de la línea costera. Debido al clima hiperárido del sur del lago , el abastecimiento de agua ha sido una de las mayores limitaciones al desarrollo regional de la zona. El campo de pozos de Mixqui, que se localiza a 50 km. al noreste del lago, a una elevación de 40m, fue seleccionado como la fuente del sistema de abastecimiento de agua. Mixqui es un acuífero no renovable (fósil), aunque con baja salinidad en un rango entre 300 y 400 ppm de sólidos totales disueltos. De modelos de similación, se ha estimado que el acuífero permite una extracción máxima de 17 X 106m3 a 19 X 106m3 por año en por lo menos 50 años (NRA:1986). La línea troncal de acero dáctil de 800-450 mm de diámetro y 92 km. de longitud conduce el agua de Mixqui al lago, y más al sur hasta la fábrica de fertilizantes cerca de las limitaciones del estado. La presión se rompe en tres sitios a lo largo de la tubería para limitar la presión a un máximo de 25 km/cm2.

Esquema de abasto de agua Lago de Texcoco Borde de Xochiaca.

La desalinización por ósmosis inversa aprovechando la hidroenergía es una aplicación no convencional de sistemas de cogeneración en la que se incluye el agua subterránea con una unidad de desalinización por ósmosis inversa. Las primeras investigaciones sobre desalinización por OI de aguas salobres subterráneas en el estado de México consideran los siguientes objetivos:

• Desarrollo de energía potencial en tuberías de conducción de agua (línea principal) que considera 5.2 MW de potencia hidráulica teórica para una carga total de 840 m, no solo para la potencia hidráulica sino por la desalinización por ósmosis inversa (OI).
• Conservación de agua dulce subterránea no renovable del acuífero Disi para reemplazarla por agua salobre subterránea de la formación de areniscas de Chimalhuacan.
• Desarrollo de potencia hidráulica usando una diferencia de carga de 400 m en la línea principal.
• Desalinización de agua salobre subterránea por ósmosis inversa usando hidroenergía con una diferencia de carga de 200 m en la línea principal.

El agua salobre del subsuelo con salinidad de cerca de 400 ppm/TDS se extraerá de los campos de pozos de las formaciones CD. Neza y/o Chimalhuacan cerca de Mixqui, en donde el potencial estimado en forma preliminar es de 1 m3/seg el cual se sustituirá con el agua fósil del acuífero Mixqui. El gasto promedio de la línea principal es de 17.5 X 106/año (0.555 m3/seg) lo que equivale a una capacidad de diseño de 0.663 m3/seg con una unidad operando 21 horas al día. El agua salobre escurre de los almacenamientos colectores (E.L=840 m) a las plantas desalinizadoras en el almacenamiento terminal (E.L=220 m), a través de los sistemas de tuberías existentes, pasando por las estaciones de potencia hidráulica, la primera a una elevación de 630 m y la segunda a 410 m. La capacidad instalada y la potencia de salida anual de las dos estaciones se estiman en 2078 kw y 15900 mwh por año, respectivamente. Las siguientes ecuaciones se utilizan suponiendo un 5% de pérdidas de carga por fricción, 0.80 de eficiencia sintetizada y 0.873 de eficiencia de generación:

El sistema de ósmosis inversa con hidroenergía está compuesto por 3 partes: 1a unidad de pre-tratamiento; 2a, unidad tubería de presión; y 3a unidad de OI. La unidad de pre-tratamiento se localiza junto a la salida de la segunda estación de mini hidroenergía (E.L=410 m), incluyendo filtros dobles (hidroantrácita y arenas finas) y una serie de filtros (de 5 microoms de tamaño). Despues de pasar por los filtros, el flujo de agua se conecta a una tubería de presión (línea principal entre 400 m y 220 m) para diseños de presión hidráulica de 18 Kg/cm2, la cual es usada directamente para transferir la presión de ósmosis necesaria para permear la membrana OI. El corazón de la unidad de OI es una membrana de baja presión, tipo espiral de 8 mm de diámetro, con las siguientes especificaciones: I) coeficiente de rechazo de sal del 99.4%, II) presión de operación de diseño de 18kg/cm2, III) valor de permeabilidad de diseño de 13 m3 por día, y IV) máxima temperatura de agua de operación de 40oC, y PH del agua de alimentación entre 6.0 y 6.5. Una unidad en serie de OI consiste en un circuito en serie de seis módulos. Se estima una recuperación del 60% del agua de alimentación, considerando 28800 m3/día de permeabilidad con una salinidad de 100 ppm de sólidos totales disueltos (STD) y 19,200 m3/día de rechazo de agua de 10,00 ppm de STD. La presión efectiva del agua retenida se estima en 15 kg/cm2, considerando pérdidas por frición de 3 k/cm2 en el circuito de OI. La recuperación de la energía potencial de la OI se estima en forma preliminar en 460 KW (=9.8*0.4*15*9.8*0.8) que equivale a generar electricidad de 2740 MWh por año, considerando una eficiencia de generación del 68%. El costo unitario de la permebilidad se estimó en US dólares 0.4/m3.

El esquema del canal de comunicación del Borde de Xochiaca al lago de Texcoco, conocido también como desarrollo de potencia hidrosolar, fue posible por la existencia de una vasta depresión y al clima árido característico de la región (con un alto grado de evaporación de 1600 mm por año al nivel del mar). El proyecto de hidroenergía MDS, se diseñó para aprovechar la diferencia de elevaciones entre el Lago de Texcoco y el Bordo de Xochiaca.

El plan del canal del bordo de Xochiaca al lago de Texcoco se concibió para generar potencia hidroeléctrica (WPDC, 1980), pero no consideró el concepto de recursos compartidos, ni busca solución a la urgente necesidad de abastecer de agua potable. El esquema conjunto de conducción es una aplicación de co-generación que combina desarrollo hidrosolar con desalinización de agua del lago por ósmosis inversa (OI), aprovechando la hidroenergía (Fig. 2). El esquema, que podría mantenerse en un nivel estable con algunas fluctuaciones estacionarias de cerca de 2 metros, para mantener el nivel del entre los -402 y -390 m por debajo del nivel medio del mar, considera los siguientes aspectos:

Figura 2
Esquema de conducción.

La potencia hidráulica teórica, la capacidad instalada de potencia pico y la generación potencial (potencia útil anual) se estimó en forma preliminar en 194 MW, 480 MW y 1.26x109 KWh por año, respectivamente, considerando 8 horas por día de operación de potencia pico, 1.03 de peso específico del agua en la obra de toma, gasto de 50.7 a 152.1 m3/seg, 5% de pérdida por fricción en la carga total, 0.85 de eficiencia sintética.

La operación marginal del sistema por OI se diseñó para utilizar energía hidráulica en el sistema túnel-tubería (400m de carga diferencial) durante 16 horas al día de tiempo pico. Los requerimientos de agua para producir de 86,400 a 259,000 m3, por día de penetración con 1000 ppm de STD, se estimaron de 288,000 a 864,000 m3, considerando una proporción de recuperación del 30% (70% de rechazo de agua salada). La recuperación de energía por el rechazo de agua salada se estimó de 9,460 a 28,390 KW, considerando el 70% del agua rechazada. La energía recuperada (electricidad) puede producir 12 Kg/cm2 de presión, la cual será retornada a la unidad de control de presión para generar 50 Kg/cm2 de presión suficiente para permear agua de mar a través de la membrana de OI. El costo unitario de la permeabilidad se estimó en US dólares 0.9 por m3.

Para la determinación de sólidos sedimentables se utilizan algunas metodologías que se deberían observar.

• Utilizamos un Cono Hinjoff, para esta determinación.
• Agregamos agua hasta el aforo o borde del cono.
• Esperamos 45 m.
• Tomamos la lectura.

Para la determinación de sólidos totales.

• Pesamos una cápsula de porcelana a peso constante.
• Agregamos 100 ml. De H₂O
• Calentamos, casi hasta evaporación
• Pesamos nuevamente la cápsula con los residuos. Y obtenemos el resultado por diferencia.

Para determinación de sólidos suspendidos.

• Colocamos y humedecemos un papel filtro, en un embudo de separación con bomba al vacío.
• Pesamos el papel filtro
• Vaciamos 100 mm. De H₂O con la bomba de extracción al vacío.
• Secamos y pesamos el filtro.

Determinación de sólidos disueltos totales.

• Pesamos un crisol a peso constante.
• Agregamos el agua que quedo en el embudo de separación.
• Calentamos casi hasta evaporación.
• Pesamos y calculamos.

• Cantidad de sólidos sedimentables. 1 ml/L
• Sólidos totales.

• Sólidos suspendidos.

• Sólidos disueltos totales.

Los estudios sobre desalinización por ósmosis inversa aprovechando la hidroenergía, considerando las aplicaciones en Edo. De México (agua subterránea salobre) y el lago de Texcoco (agua muy salina) mostraron una reducción sustancial en costos de operación y de energía, aspectos que han sido una de las mayores limitaciones a las prácticas de desalinización. La desalinización de agua salada por procesos de membrana con bajos requerimientos de energía, jugarán un papel importante en la planeación de los recursos hidráulicos en la siguiente década. El desarrollo conjunto del esquema de conducción lago de Texcoco bordo de Xochiaca se basa en el concepto de recursos compartidos y beneficios para los Estados vecinos del sistema del lago de Texcoco y las comunidades vecinas. El presente estudio pretende evaluar algunos enfoques no convencionales de los recursos hidráulicos que deben tomarse en cuenta para mantener las necesidades de agua en esa región. Estos nuevos enfoques ofrecen la oportunidad de introducir recientes aplicaciones de la tecnología probada para resolver problemas añejos del agua y que son fuente de muchos de los conflictos.

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