Remoción química de fósforo en la planta de tratamiento de aguas servidas de la localidad de Pucón.

Abstract

Las descargas de fósforo en cuerpos lacustres de agua dulce pueden generar eutrofización, entre otros efectos ecológicos. En particular, el lago Villarrica (IX Región) recibe las aguas servidas de la ciudad de Pucón con un caudal a tratar superior 2 millones 𝑚3 𝑎ñ𝑜 y una carga significativa de nutrientes. Dichos efluentes son tratados en la planta de tratamiento de aguas servidas (PTAS) de Pucón, que utiliza reactores biológicos secuenciales discontinuos complementados con precipitación química con cloruro férrico para remoción de fósforo. Desgraciadamente, durante algunos meses se supera el límite máximo de 1 𝑚𝑔 𝐿 para las descargas de fósforo establecido por la Resolución de Calificación Ambiental (RCA) aplicable. En dicho contexto, esta memoria de título tiene como objetivo general mejorar la capacidad de remoción de fósforo de las PTAS de Pucón, para lograr el pleno cumplimiento normativo. Los objetivos específicos incluyen: evaluar los criterios empleados en la aplicación de cloruro férrico para la remoción de fósforo a partir de los registros históricos de operación; evaluar experimentalmente la efectividad del sulfato de aluminio como alternativa al cloruro férrico para la remoción de fósforo; proponer mejoras en la dosificación y los procedimientos operacionales para asegurar el cumplimiento normativo y estimar los costos asociados. El análisis histórico de los registros operacionales de la PTAS de Pucón permite concluir que la mayor carga de fósforo ocurre en el periodo de verano y en oportunidades muy puntuales dentro del año. Los resultados demuestran que se puede lograr los niveles de fósforo requeridos, utilizando dosis de cloruro férrico en el rango 0 − 50 𝑚𝑔 𝐿 cuando la concentración de fósforo en el afluente crudo aumenta sobre los niveles promedio. La dosificación propuesta, implica un incremento del 4% en el costo total de tratamiento de aguas servidas de la PTAS de Pucón, con una contribución de $ 0,03 − 0,04 𝑈𝑆𝐷 𝑚3 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑡𝑎𝑑𝑎 , comparada con $ 0,01 𝑈𝑆𝐷 𝑚3 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑡𝑎𝑑𝑎 en la actualidad. El incremento del costo de tratamiento se considera aceptable y necesario, ya que aseguraría el cumplimiento normativo durante los periodos de mayor carga de fósforo. Por otra parte, la aplicación alternativa de sulfato de aluminio no resultó en una mejora significativa de la capacidad de remoción de fósforo, en comparación al uso de cloruro férrico, por lo que se recomienda mantener el uso de coagulante férrico. Para mejorar la efectividad del proceso, se generó un protocolo basado en una planilla Excel, que permite a los operadores calcular la dosis de cloruro férrico en función de los niveles de fósforo en la alimentación. Se sugiere hacer un seguimiento del efecto de la dosificación propuesta en la eficiencia de remoción de fósforo, con vistas a ajustar con mayor precisión la dosis de cloruro férrico y registrar las tasas de generación de lodos, debido a la aplicación del coagulante.

Phosphorus discharges in freshwater lake bodies can generate eutrophication, among other ecological effects. Lake Villarrica (IX Region) receives sewage from the city of Pucón with a flow to be treated of more than 2 million 𝑚3 𝑦𝑒𝑎𝑟 , and a significant load of nutrients. These effluents are treated at the Pucón wastewater treatment plant (PTAS, by its acronym in spanish), which uses discontinuous sequential biological reactors complemented by chemical precipitation with ferric chloride to remove phosphorus. Unfortunately, for some months the maximum limit of 1 𝑚𝑔 𝐿 for phosphorus discharges established by the applicable Environmental Qualification Resolution (RCA, by its acronym in spanis) is exceeded. In this context, this title report has the general objective of improving the phosphorus removal capacity of the PTAS Pucón, in order to achieve full regulatory compliance. The specific objectives include evaluating the criteria used in the application of ferric chloride for the removal of phosphorus from the historical records of operation; experimentally evaluate the effectiveness of aluminum sulfate as an alternative to ferric chloride for phosphorus removal; propose improvements in dosage and operational procedures to ensure regulatory compliance and estimate associated costs. The historical analysis of the operational records of the PTAS Pucón allows us to conclude that the highest phosphorus load occurs in the summer period and on very specific occasions within the year. The results demonstrate that the required phosphorus levels can be achieved using ferric chloride doses in the range 0 - 50 𝑚𝑔 𝐿 when the phosphorus concentration in the crude influent increases above average levels. The proposed dosage implies a 4% increase in the total cost of wastewater treatment for the PTAS Pucón, with a contribution of $ 0.03 - 0.04 𝑈𝑆𝐷 𝑚3 𝑜𝑓 𝑡𝑟𝑒𝑎𝑡𝑒𝑑 𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟 , compared to $ 0.01 𝑈𝑆𝐷 𝑚3 𝑜𝑓 𝑡𝑟𝑒𝑎𝑡𝑒𝑑 𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟 at present. The increase in the cost of treatment is considered acceptable and necessary, since it would ensure regulatory compliance during the periods of greatest phosphorus load. On the other hand, the alternative application of aluminum sulfate did not result in a significant improvement in the phosphorus removal capacity, compared to the use of ferric chloride, so it is recommended to maintain the use of ferric coagulant. To improve the effectiveness of the process, a protocol based on an Excel spreadsheet was generated, which allows operators to calculate the dose of ferric chloride based on the phosphorus levels in the feed. It is suggested to monitor the effect of the proposed dosage on the phosphorus removal efficiency, with a view to more precisely adjusting the dose of ferric chloride and recording the sludge generation rates due to the application of the coagulant.