Analisis Del Diseño de La Planta de Tratamiento de Aguas Acidas - U.M. Tambomayo

Universidad Nacional Federico

Villareal

Curso: Contaminación minera y de hidrocarburos

Profesor: Ing. Julio César Minga

Integrantes:

Amachel Carrillo, Gerardo

Calle Escalante, Cindy

Delgado Berdillana, Ricardo

Mellado Delgado , Gabriela

Análisis del Diseño de la Planta de Tratamiento de Aguas Ácidas de la Unidad minera Tambomayo


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ÍNDICE

1 OBJETIVO GENERAL ............................................................................................... 4

2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ...................................................................................... 4

3 CRITERIOS DE DISEÑO ........................................................................................... 4

3.1 Caracterización del Efluente ............................................................................................... 4

3.2 Caudal del Afluente ............................................................................................................. 5

3.3 Criterios de Descarga .......................................................................................................... 5

4 COMPONENTES DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO ....................................... 7

4.1 Componentes Primarios: ..................................................................................................... 8

4.2 Componentes Secundarios: .............................................................................................. 11

4.3 Reactivos ........................................................................................................................... 12

5 DESCRIPCIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO HDS ............................. 14

5.1 Infraestructura de la Planta de Tratamiento ..................................................................... 14

5.2 Tratamiento de agua de mina del Proyecto Minero Tambomayo ..................................... 15

5.2.1 Fuentes de aguas ácidas ............................................................................................. 16

5.2.2 Proceso de tratamiento de aguas ácidas .................................................................... 16

5.2.3 Tanque reactor ........................................................................................................... 16

5.2.4 Clarificador................................................................................................................ 17

5.2.5 Poza de almacenamiento ........................................................................................... 17

5.2.6 Pozas de Lodos .......................................................................................................... 18

6 MONITOREO DE EFLUENTES .............................................................................. 18

6.1 Puntos de Monitoreo de Efluentes a la Salida del STARI (antes de la recirculación del

efluente) ........................................................................................................................................ 18

6.2 Parámetros analizados ...................................................................................................... 19

6.3 Resultados ......................................................................................................................... 19

6.4 Evaluación de Resultados .................................................................................................. 20

7 CIERRE DE PLANTA ............................................................................................... 20

8 CONCLUSIONES ....................................................................................................... 21

9 RECOMENDACIONES ............................................................................................. 22


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ÍNDICE DE TABLAS

1 Características del Efluente a Tratar Tomadas para el Diseño………………..3

2 Criterio de Descarga para la Planta de Tratamiento de las Aguas

ácidas de la mina Tambomayo……………………………………………………4

3 Parámetros generales de Diseño de la Planta de Tratamiento de aguas

ácidas – Mina Tambomayo………………………………………………………8

4 Parámetros para el Diseño del Clarificador – Mina Tambomayo……………10

5 Reactivo de Cal usado en la Planta de Tratamiento de aguas ácidas – Unidad

Minera Tambomayo………………………………………………………………12

6 Reactivos de Floculante usados en la Planta de Tratamiento de aguas ácidas –

Unidad Minera Tambomayo……………………………………………………. 13


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ANALISIS DEL DISEÑO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE

AGUAS ÁCIDAS

DE LA UNIDAD MINERA TAMBOMAYO

1 OBJETIVO GENERAL

Analizar el diseño de la planta de tratamiento de aguas acidas de la unidad minera

Tambomayo por medio de recopilación y comparación de información.

2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Conocer los criterios de diseño de la planta de tratamiento de aguas acidas.

Conocer los componentes del sistema de tratamiento de aguas acidas.

Describir e interpretar el funcionamiento y los procesos llevados a cabo dentro del

sistema de tratamiento de aguas acidas.

3 CRITERIOS DE DISEÑO

3.1 Caracterización del Efluente

La caracterización del efluente a tratar es relevante para la determinación de la

capacidad de los equipos y del área de almacenamiento del lodo. De la misma

manera es necesario caracterizar el efluente a tratar para efectuar el diseño de la

planta de tratamiento. La caracterización del efluente muestra que es ácido y

contiene altas concentraciones de metales, particularmente hierro (Fe), zinc (Zn),

cobre (Cu), manganeso (Mn) y aluminio (Al) y arsénico (As). El hierro y el arsénico

se encuentran predominantemente en forma de partículas mientras que los otros

metales se encuentran en solución (Tabla 1).


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Tabla 1

Características del Efluente a Tratar Tomadas para el Diseño

Unidades Total Valor Disuelto

pH 3.5 -

Total de Sólidos

Suspendidos (TSS) mg/L 150 -

Sulfato mg/L 1,650 -

Metales

Aluminio (Al) mg/L 4.3 3.5

Arsénico (As) mg/L 0.75 <0.03

Cadmio (Cd) mg/L 0.08 0.05

Cobre (Cu) mg/L 4.3 4.3

Hierro (Fe) mg/L 83 1.61

Plomo (Pb) mg/L <0.05 <0.05

Manganeso (Mn) mg/L 38 38

Zinc (Zn) mg/L 42 42

3.2 Caudal del Afluente

Se ha establecido que el caudal de diseño para la planta de tratamiento es de

2349.76 m3/día, 97.91 m3/h, (27.19 L/s)

3.3 Criterios de Descarga

La planta de tratamiento ha sido diseñada para que el efluente cumpla con los

criterios establecidos por la legislación nacional vigente y con los criterios

internacionales, cuando no se cuente con valores de referencia (Tabla 2).


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Tabla 2

Criterio de Descarga para la Planta de Tratamiento de las Aguas ácidas de la

mina Tambomayo

Parámetros Unidades

Legislación Nacional

Criterios de

descarga aprobados

para la planta de

tratamiento de

aguas ácidas

Tambomayo

Ley

General de

Aguas 1

MEM 2 Máximo Promedio

pH u.e. - 6 – 9 6 – 9 6 – 9

Sólidos

Totales en

Suspensión

(STS)

mg/L - 25 25 15

Aluminio

(Al) mg/L - - 2* 1.5*

Arsénico

(As) mg/L 0.2* 0.5** 0.1* 0.05*

Cadmio (Cd) mg/L 0.05* - 0.05* 0.005*

Cobre (Cu) mg/L 0.5* 0.3** 0.3* 0.3*

Hierro (Fe) mg/L - 1** 3.5* 2*

Plomo (Pb) mg/L 0.1* 0.2** 0.05* 0.05*

Manganeso

(Mn) mg/L - - 4.5* 3*

Zinc (Zn) mg/L 25* 1** 2* 1*

1Ley General de Aguas, Decreto Ley 17752 – D.S.261-68-AP, Clase III

2Límites Máximos Permisibles para Efluentes de las Actividades Minero Metalúrgicas – R.M.

011-96-EM/VMM

*Metales Totales

** Metales Disueltos


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4 COMPONENTES DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO

Los criterios de diseño son la base para determinar los parámetros y poder efectuar

el diseño de la planta de tratamiento y efectuar el dimensionamiento de los

principales componentes de la planta.

Tabla 3

Parámetros Generales de Diseño de la Planta de Tratamiento de aguas ácidas – Mina

Tambomayo

Parámetro Unidades Condiciones

de diseño

Condiciones

de

operación

promedio

Condiciones

de flujo

mínimo

Caudal de diseño m3/h 97.91 3960 3024

Factor de

capacidad

hidráulica máximo

- 1.2 - -

Coeficiente de

rechazo - 0.6 - -

Caudal máximo m3/h 120.6 - -

Caudal mínimo m3/h 3024 - -

Número de

reactores - 2 - -

Capacidad del

tanque reactor M3 1260 - -

Tiempo de

residencia por

tanque

min. 15 19 25


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4.1 Componentes Primarios: Dentro de los componentes primarios del proyecto se tienen los siguientes:

Tanque de preparación de lechada de cal

Tanque de preparación de floculante

TANQUE DE PREPARACION DE LECHADA DE CAL

Altura 2.6 metros

Diámetro 2.6 metros

Volumen 13.8 m3

TANQUE DE PREPARACION DE FLOCULANTE

Altura 1.8 metros


Volumen 4.6 m3


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Tanque de neutralización pH 11

Tanque de neutralización pH 7

TANQUE DE NEUTRALIZACION PH 11

Altura 7.9 metros


Volumen 278.5 m3

TANQUE DE NEUTRALIZACION PH 7

Altura 6.3 metros


Volumen 144.3 m3


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Clarificador

Tabla 4

Parámetros para el Diseño del Clarificador – Mina Tambomayo

PARÁMETRO UNIDADES CONDICIONES

DE DISEÑO

CONDICIONES DE OPERACIÓN PROMEDIO

CONDICIONES DE FLUJO MÍNIMO

CLARIFICADOR

Tasa de rebose del

clarificador m/h 1.2 0.94 0.72

Diámetro del

clarificador M 73 73 73

Altura del cilindro M 3 - - Volumen del

clarificador (altura =

pared del cilindro) M3 12600 - -

Tiempo de residencia

del clarificador H 2.5 - -

Tasa de recirculación

de masa (de diseño) - 20 20 20

Porcentaje mínimo de

sólidos en el lodo % 15 15 15

Porcentaje máximo de

sólidos en el lodo % 25 25 25

Caudal de diseño para

recirculación de lodos m3/h 176 139 106


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4.2 Componentes Secundarios:

Bombas de Alimentación de la planta

Cisterna de agua de contingencia

Paquete de preparación del floculante

Bombas de transferencia de lechada de cal

Bomba de sumidero de ácido sulfúrico.

Flujo de entrada de afluente

Tanques reactores

Tanque de mezcla de cal/lodos y agitador

Cajón de paso a la planta clarificadora

bomba de recirculación de lodos

Mezclador estático

Poza de almacenamiento

Bomba sumergible en la poza de almacenamiento

Bomba impulsadora de agua recuperada

Tanque de agua recuperada

Tanque de agua tratada de mina

Tanque de solución Barren


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4.3 Reactivos

Tabla 5

Reactivo de Cal usado en la Planta de Tratamiento de aguas ácidas – Unidad Minera

Tambomayo

PARÁMETRO UNIDADES CONDICIONES

DE DISEÑO

CONDICIONES

DE

OPERACIÓN

PROMEDIO

CONDICIONES

DE FLUJO

MÍNIMO

Cal

Dosificación de Ca(OH)2

g/L 0.25 0.15 0.15

Dosificación teórica de cal viva CaO

g/L 0.19 0.11 0.11

CaO disponible % 85 85 85 Eficiencia de

utilización % 92 92 92

Dosificación de cal viva CaO de diseño

g/L 0.24 0.15 0.15

Consumo de cal viva CaO de diseño

t/h 1.2 0.6 0.4

t/día 29.3 13.8 10.5 Concentración de la solución de lechada

de cal % 15 15 15

Consumo másico de lechada de cal

t/h de lechada de cal

8.1 3.8 2.9

Gravedad específica (GE) de partículas de

cal - 2.2 2.2 2.2

GE de la lechada de cal

- 1.089 1.089 1.089

Caudal de lechada de cal a utilizar

m3/h 7 4 3

Tiempo de almacenamiento de la

lechada de cal H 12 25 33

Volumen del tanque de almacenamiento

de lechada de cal M3 90 90 90


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Tabla 6

Reactivos de Floculante usados en la Planta de Tratamiento de aguas ácidas – Unidad

Minera Tambomayo

PARÁMETRO UNIDADE

S

CONDICIONE

S

CONDICIONE

S DE

OPERACIÓN

PROMEDIO

CONDICIONE

S DE FLUJO

MÍNIMO

Floculante

Dosificación de floculante

Mg/L 3 2 2

Consumo de floculante

Kg/h 15.1 7.9 6

kg/día 363 190 145 Concentración de la

solución de floculante primaria

% 0.3 0.3 0.3

Tasa de alimentación de la solución floculante

primaria

L/min 84 44 34

Concentración del floculante diluido

% 0.05 0.05 0.05

Agua para dilución del floculante

L/min 504 264 202


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5 DESCRIPCIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO HDS

El diseño del proceso seleccionado para la planta de tratamiento de aguas ácidas de la mina

Tambomayo, es el de lodos de alta densidad (HDS). La base de este proceso es la adición

de cal a lodos recirculados al inicio del sistema (tanque de mezcla de cal/lodos Lodos/Cal).

La finalidad de incrementar el pH es proveer las condiciones necesarias para la

densificación del lodo, convirtiéndolo en un material denso, granular, de libre drenaje con

una viscosidad relativamente baja, llevándose a cabo las reacciones de neutralización,

oxidación y precipitación; lo cual se produce en los tanques reactores.

El rebose de los tanques reactores es transportado hacia un Clarificador donde se efectúa la

separación de sólidos (lodos precipitados). Se adiciona un floculante diluido para flocular

los sólidos suspendidos y producir aglomerados que sedimentan en el Clarificador,

generando un rebose clarificado. El exceso de lodos precipitados del Clarificador es

bombeado, a las pozas de lodos para su desagüe, secado y posterior disposición final fuera

del área de la planta.

5.1 Infraestructura de la Planta de Tratamiento

La ubicación de la planta fue diseñado y configurado dentro del límite de la

propiedad y permite el flujo por gravedad del efluente desde el Túnel Kingsmill,

vía la tubería de alimentación de la planta al sumidero de alimentación y casa de

bombas de la planta, ubicadas cerca al río Yauli.

La preparación del área de la planta de tratamiento incluirá la limpieza, desbrozado

y nivelado de la zona. También incluirá la construcción de canaletas e instalación

de alcantarillas y otros trabajos asociados, incluyendo el suministro e instalación

del material granular para la cubierta del área y los caminos de servicio.


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La infraestructura principal de la planta de tratamiento es la siguiente:

• Tuberías

• Casa de bombas

• Edificio de procesos

• Tanques reactores

• Clarificador

• Caminos y puentes

• Protección contra incendios

• Aire de planta, instrumentos y procesos

• Suministro y distribución de energía

• Generador de emergencia

• Agua potable

5.2 Tratamiento de agua de mina del Proyecto Minero Tambomayo

Las aguas acidas en la mina son generadas debido a la oxidación química de los minerales

sulfurados contenidos en las rocas cuando son expuestos a la acción del agua y del aire, y en

muchos casos esta oxidación es acelerada por la acción de bacterias. La presencia de lluvias

ocasionada un contacto del agua con zonas mineralizadas, ocasionando la alteración de

ciertos minerales generándose acides (formación de aguas acidas), ya que reaccionan los

sulfuros el aguas y el oxígeno.

En el Estudio de impacto ambiental del proyecto minero Tambomayo presentado por la

Compañía de Minas Buenaventura S.A.A. se menciona el tratamiento de las aguas acidas

generadas durante el proceso minero.


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5.2.1 Fuentes de aguas ácidas

Las aguas acidas provendrán de dos zonas: agua de mina y del depósito del material estéril.

Las aguas que se infiltren en el depósito de material estéril serán captadas mediante un

sistema de subdrenaje emplazado en el fondo del depósito el cual ira apoyado sobre la capa

de protección de la geomembrana de impermeabilización. Estas aguas captadas de la

infiltración serán trasladadas a la poza colectora de filtraciones que se encontrara en la parte

baja del depósito del material estéril. Estas aguas serán derivadas por gravedad a la planta de

tratamiento de aguas acidas.

5.2.2 Proceso de tratamiento de aguas ácidas

El agua de mina tipo A y B (provenientes de canaletas y bombas) procedente del proceso de

la actividad minera ingresará al tratamiento de aguas ácidas. Estas aguas serán colocadas en

pozas para ser distribuidas a los procesos de tratamiento.

5.2.3 Tanque reactor

Se contará con dos tanques reactor donde se llevará a cabo la neutralización con la adición

de cal, con la finalidad de incrementar el pH hasta un valor de 11. Por otro lado, la cal

adicionada contribuirá con la precipitación de los metales presentes ya que los hidróxidos se

unirán a estos haciéndolos precipitar.

Sin embargo, conforme se avanza en la profundización de la mina, es posible que el agua se

torne más agresiva y la caracterización química del agua cambie y por ello se tiene

proyectado la actualización de la planta en el momento necesario con la adición de un

tanque reactor más para la precipitación de los metales con la adición de sulfhidrato de

sodio, un sistema de almacenamiento y dosificación de ácido sulfúrico.


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5.2.4 Clarificador

La entrada de agua se hace a través de una tubería que corre de un costado del clarificador al

tanque central de alimentación. Luego, por medio de una turbina central es enviado hacia el

fondo del clarificador. En esta etapa los metales filtrados se mezclan con lodos y se quedan

en el fondo del clarificador. Una especie de molino permite que el agua limpia ascienda hacia

la superficie.

Una parte del agua clarificada es recolectada por medio de artesas que tienen orificios en

todo su longitud. Estas la dirigen a la artesa principal, la cual se encargará de transportar el

agua al tanque de bombeo o poza de almacenamiento. En el trayecto se adiciona ácido

sulfúrico para regular el pH en el rango establecido cuyo valor promedio en descarga es de

7.2.

La otra parte del agua clarificada será bombeada hacia el tanque de agua recuperada para

preparación, tanque de solución barren, tanque de agua tratada de mina, tanque de agua

recuperada de flotación. Pero un porcentaje de esta otro parte de agua volverá a ingresar al

proceso de neutralización (recirculación del agua).

5.2.5 Poza de almacenamiento

El agua clarificada es almacenada en esta poza para su posterior vertimiento siempre y

cuando cumplan el efluente que sale de la planta de tratamiento cumpla con los Límites

Máximos Permisibles.

5.2.5.1 Bomba sumergible

Esta bomba se encontrará dentro de la poza de almacenamiento para poder enviar una parte

del agua almacenada hacia los tanques ya mencionadas para así utilizar el agua en el proceso

de minado (recirculación del agua)


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5.2.6 Pozas de Lodos

Dependiendo de la tasa de generación de lodos, los lodos precipitados de exceso serán

bombeados desde el Clarificador a las pozas de lodos. El lodo será una mezcla granular de

metales precipitados y yeso, con aproximadamente 15% a 25% de sólidos al salir del

Clarificador. Las pozas de lodos permitirán al lodo asentarse, permitiendo que el agua

intersticial drene a través de los canales perimetrales de derivación, o mediante evaporación.

6 MONITOREO DE EFLUENTES

6.1 Puntos de Monitoreo de Efluentes a la Salida del STARI (antes de la

recirculación del efluente)

Actualmente, el proyecto Tambomayo, no emite efluentes al cuerpo receptor, porque todo el

efluente generado es re circulado al proceso. Sin embargo, se está contemplando el análisis

del efluente antes de su recirculación, para ello se ha establecido un punto de control interno

(EF-1) a la salida del Sistema de Tratamiento de Agua Residual Industrial (STARI). Para su

designación se ha tenido en cuenta lo establecido por el D.S. Nº 010-2010-MINAM. Este

punto de control interno (EM-1) ha sido monitoreado en época seca y época húmeda.


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6.2 Parámetros analizados

Los análisis para el efluente minero comprendieron los parámetros establecidos en los

Límites Máximos Permisibles (LMP) para la descarga de efluentes líquidos de Actividades

Minero – Metalúrgicas, según D.S.Nº010-2010-MINAM, así como los establecidos en los

Estándares Nacionales de Calidad Ambiental para Agua, Categoría 3 (Riego de vegetales y

Bebidas de animales), D.S.Nº002-2008-MINAM.

6.3 Resultados

Resultados del Análisis del Efluente minero

Los cuadros con los resultados de los análisis fisicoquímicos y microbiológicos para las

épocas húmeda y seca, así como los informes de ensayo de laboratorio:


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6.4 Evaluación de Resultados

Los resultados indican que los parámetros fisicoquímicos evaluados en el efluente minero

EM-1 (que es re circulado para su uso en operaciones mineras), tanto en la época seca como

en la época húmeda, presentan valores por debajo de los límites máximos permisibles para

efluentes minero metalúrgicos, establecidos en el D.S. Nº010-2010 MINAM, por lo que

cumple con la normativa nacional.

7 CIERRE DE PLANTA

La planta de tratamiento de aguas ácidas de la mina Tambomayo será cerrada al

final de su vida útil. El cierre incluye el desmantelamiento de los equipos, la

demolición de las estructuras y el cierre del área de disposición final de lodos.


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8 CONCLUSIONES

Dentro de los criterios de diseño se tomó en cuenta la caracterización de aguas residuales, el

caudal de entrada en el sistema (afluente) y el cumplimiento de la normativa nacional como

son la Ley General de Aguas Clase III y los Límites Máximos Permisibles para Efluentes de

las Actividades Minero Metalúrgicas.

El diseño seleccionado para la planta de tratamiento de aguas ácidas de la mina

Tambomayo, es el de lodos de alta densidad (HDS). La base de este proceso es la

adición de cal a lodos recirculados al inicio del sistema (tanque de mezcla de

cal/lodos Lodos/Cal). La finalidad de incrementar el pH es proveer las condiciones

necesarias para la densificación del lodo, convirtiéndolo en un material denso,

granular, de libre drenaje con una viscosidad relativamente baja, llevándose a cabo

las reacciones de neutralización, oxidación y precipitación; lo cual se produce en los

tanques reactores.

El sistema de tratamiento de aguas acidas de la unidad minera Tambomayo tiene como

componentes principales los tanques de preparación de lechada de cal y floculante, los

tanques de neutralización de pH 11 y 7 y el Clarificador.


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9 RECOMENDACIONES

Teniendo en cuenta el avance futuro en la profundización de la mina, es posible que

el agua se torne más agresiva y la caracterización química del agua cambie. Por tanto

se recomienda adicionar un reactivo más al proceso (sulfhidrato de sodio) y/o regular

el pH luego del tratamiento con adición de ácido sulfúrico.

Se recomienda el uso de analizadores de pH en los tanques de neutralización y en la

descarga del clarificador (rebose).

Se recomienda evacuar a la línea de relaves cuando el porcentaje de solidos sea mayor

al 10% (actualmente está indicado en 15%), esto debido a los problemas que puede

ocasionar los sedimentos en caso se decida recircular.

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