Experiencia de remineralización en la ETAP de Arbón

Este artículo expone la solución que se adoptó en la estación de tratamiento de agua potable (ETAP) de Arbón, gestionada por el Consorcio de Aguas de Asturias (CADASA) en colaboración con la actual empresa gestora ASTURAGUA, SICA, S.A.U, para el tratamiento del agua proveniente del embalse de Arbón (T.M. Villayón).

La actuación realizada tiene lugar en el sistema de abastecimiento de la zona costera occidental, donde CADASA distribuye el agua proveniente del embalse de Arbón, potabilizándola en la ETAP del mismo nombre, y distribuyéndola a los municipios de Navia, El Franco, Coaña, Tapia, Castropol y Vegadeo.

Como parte de la iniciativa de CADASA por fomentar programas de investigación, desarrollo e innovación en sus instalaciones y con motivo de dar solución al problema detectado en esta instalación en relación a la naturaleza corrosiva del agua, expondremos a continuación la problemática que existía, la solución adoptada y el resultado de la misma.

Julio Antonio Pérez Álvarez, Gerente del Consorcio de Aguas de Asturias.
Jesús Miguel Fernández Rodríguez, Jefe de Servicio de ingeniería y planificación del Consorcio de Aguas de Asturias.
José Luis Colomo del Pozo, Responsable de Operaciones de Asturagua Servicio Integral del Ciclo del Agua, S.A.U. (ASTURAGUA SICA, S.A.U.)
Alejandro Río Llaneza, jefe de explotación de Asturagua SICA, S.A.U. para el Abastecimiento de agua a municipios costeros de la rasa costera del occidente de Asturias.

La actuación “Mejora del abastecimiento de agua a los municipios costeros del extremo occidental de Asturias”, fue incluida en el anexo II del Plan Hidrológico Nacional, aprobado por la Ley 10/2001, de 5 de julio, habiendo sido declarada de interés general por el artículo 36 de dicha norma. El desarrollo de la actuación se produjo en virtud del convenio suscrito en julio de 2014 entre la extinta Sociedad Estatal Aguas de la Cuenca del Norte S.A. y el Consorcio de Aguas de Asturias, contando con financiación europea a través del Fondo de Cohesión.

La actuación tiene por objeto desarrollar un sistema de abastecimiento capaz de suministrar agua potable, en cantidad y calidad adecuada, a las redes de abastecimiento municipales implantadas en las zonas de la rasa costera occidental de Asturias, a los concejos de Navia, Coaña, El Franco, Tapia de Casariego, Castropol, Vegadeo y Villayón.

Para ello se ha ejecutado una captación flotante en el Embalse de Arbón, mediante un bombeo con capacidad de elevación de 300 litros por segundo a 177 metros de altura geométrica, que es la diferencia de cota máxima entre la lámina más baja del uso de explotación del embalse y la cota de entrada a la estación de tratamiento, donde el agua es tratada y enviada hasta el depósito de cabecera, de 25.000 metros cúbicos de capacidad y que cuenta con cota suficiente para suministrar por gravedad al resto de los depósitos e instalaciones que conforman el sistema.

El sistema de distribución en alta desde el depósito de cabecera está construido en fundición dúctil con diámetros comprendidos entre 80 mm y 800 mm y una longitud total aproximada de 54 Km, y entrega el agua a nueve depósitos de regulación, cada uno con volumen suficiente para suministrar el consumo teórico correspondiente a la población del municipio al que abastecen. Los volúmenes de estos depósitos varían entre 1.000 y 5.000 metros cúbicos, y en conjunto suponen una capacidad de almacenamiento de 31.000 metros cúbicos, que junto al depósito de cabecera, totalizan una capacidad de almacenamiento de 56.000 metros cúbicos.

En la E.T.A.P. el agua es tratada en función del régimen de explotación del bombeo de captación siguiendo los siguientes procesos:

• Preozonización: para la oxidación química de los componentes indeseables y la eliminación de los microorganismos presentes en el agua bruta.
• Cámaras de mezcla y coagulación: en ellas es donde se adiciona el coagulante y el ayudante de floculación y se reparte el agua entre los decantadores.
• Decantadores de lamelas con recirculación de fangos: disponen de paquetes autoportantes de lamelas para aumentar la superficie de contacto, puente de barrido de fangos hacia los pocetos de concentración y retirada, y recirculación de fangos.
• Ozonización intermedia: durante este proceso se oxida el resto de materia orgánica en caso necesario.
• Filtración: para eliminar las últimas trazas de turbidez y color. Los filtros son de tipo abierto, inicialmente con lecho de arena silícea.
• Cloración: se adiciona cloro para desinfectar y asegurar el nivel requerido de cloro residual libre.

Desde el inicio de la explotación de las infraestructuras a finales del año 2010, se observó que las analíticas establecidas en el Plan de Autocontrol en los puntos de la conducción más alejadas de la E.T.A.P., presentaban valores de pH que oscilaban de manera continuada en torno a 12-14 cuando a la salida del tratamiento en la planta eran de 7,8.

Tras la revisión del tratamiento existente, y de las diversas analíticas del agua se llega a la conclusión de que el origen de ese incremento del pH en la conducción se debe a la naturaleza corrosiva del agua, ya que presenta un índice de Langelier de -1,5 a -2,0.

Debido a esta naturaleza de baja alcalinidad y dureza, el agua consigue su equilibrio disolviendo el carbonato cálcico existente en el recubrimiento interior de la tubería de fundición dúctil, debilitando así las paredes de la misma.

Detectado el problema, el Consorcio de Aguas de Asturias en colaboración con la empresa explotadora, Asturagua, comienza a estudiar procesos de remineralización, así como a informarse de la existencia de distintas potabilizadoras con problemas similares.

Una vez analizadas las diferentes posibilidades y alternativas, la solución inicial que se propone es la de instalar un sistema automático de dosificación y preparación de lechada de cal con hidróxido cálcico y sistema de dosificación de CO2 compuesto por:

• Silo de almacenamiento
• Rompevóbedas dosificador
• Saturador de cal
• Cuba de preparación de lechada de cal
• Bombeo lechada de cal
• Cuadro de control instalación lechada de cal
• Tanque criogénico de dióxido de carbono
• Gasificador de dióxido de carbono
• Cuadro regulación de dióxido de carbono
• Parilla de dosificación de dióxido de carbono
• Cuadro control dosificación dióxido de carbono

Sin embargo, antes de proyectar y construir la solución, se decide investigar una solución alternativa que basándose en los principios químicos del proceso de remineralización, permitiera adaptándose a las instalaciones existentes alcanzar una rápida solución con la menor inversión posible.

Para ello se comienzan a realizar una serie de pruebas dosificando dióxido de carbono a la entrada de la ozonización intermedia, y procediendo a la sustitución de la arena de sílice de uno de los filtros por arena de calcita, y se procede a adaptar el programa analítico de control de proceso para registrar de manera comparas la dureza, la alcalinidad y los sólidos disueltos totales (TDS) a la salida de los filtros de arena, de manera que se pudiese valorar la eficacia del proceso.

Con la dosificación de CO2 se consigue un estado de equilibrio entre los bicarbonatos disueltos, el carbonato cálcico incrustado y el CO2 añadido, según la siguiente reacción:

CaCO3 + CO2 + H2O Ca(HCO3)2

Con el paso del agua por el filtro de arena calcita se consigue un aumento de la dureza.

Tras unas semanas de ajustes de caudales de dosificación de dióxido de carbono (ajuste del CO2 equilibrante) se observa que la alcalinidad y dureza del agua pasan de valores muy bajos (15 y 70 mg/l respectiva- mente) a valores más altos (60 y 100 mg/l respectiva- mente) disminuyendo el valor del Índice de Langelier hasta valores cercanos a -0,5.

Una vez visto que la solución propuesta es efectiva se procede a la instalación definitiva del proceso de remineralización en la E.T.A.P. de Arbón compuesta por:

• Tanque criogénico de dióxido de carbono
• Gasificador de dióxido de carbono
• Cuadro regulación de dióxido de carbono
• Parilla de dosificación de dióxido de carbono en entrada a ozonización intermedia
• Cuadro control dosificación dióxido de carbono
• Arena de calcita en filtros
• Línea de dosificación de hidróxido sódico en salida de agua filtrada
• Medidor de pH en entrada de depósito de cabecera A la salida del agua filtrada se procede al juste del pH aun valor de 8,2 mediante la dosificación de hidróxido sódico para conseguir que los valores del Índice de Langelier pasen a estar siempre entre -0,5 y +0,5.

Con una pequeña inversión se ha conseguido remineralizar el agua sin modificar en exceso el proceso de tratamiento en la E.T.A.P. de Arbón:

• Preozonización: para la oxidación química de los componentes indeseables y la eliminación de los microorganismos presentes en el agua bruta.
• Cámaras de mezcla y coagulación: en ellas es donde se adiciona el coagulante y el ayudante de floculación y se reparte el agua entre los decantadores.
• Decantadores de lamelas con recirculación de fangos: disponen de paquetes autoportantes de lamelas para aumentar la superficie de contacto, así como puente de barrido de fangos hacia los pocetos de concentración y retirada, así como recirculación de fangos.
• Dosificación de CO2: para el ajuste de la dureza y alcalinidad del agua
• Ozonización intermedia: durante este proceso se oxida el resto de materia orgánica en caso necesario.
• Filtración: para eliminar las últimas trazas de turbidez y color. Los filtros son de tipo abierto, con lecho de arena caliza.
• Cloración: se adiciona cloro para desinfectar y asegurar el nivel requerido de cloro residual libre.
• Ajuste de pH: se adiciona hidróxido sódico hasta un valor de pH de 8,2 para el ajuste del Índice de Langelier

En régimen de funcionamiento al caudal actual, desde que se ha comenzado a operar con el proceso de remineralización en mayo de 2013, se ha producido un volumen de agua de casi 5.300.000 metros cúbicos, registrando unos consumos medios de CO2 de 0,040 kg/m3, Calcita de 0,042 Kg/m3, e Hidróxido Sódico de 0,009 Kg/ m3, lo que ha supuesto un incremento del coste del tratamiento del agua en aproximadamente 0,017 €/m3, incluyendo en dichos sobrecostes los derivados del alquiler y mantenimiento de las instalaciones criogénicas, la descarga de productos y el IVA.

En relación con lo anterior, cabe destacar:

• La repercusión económica del CO2 en dicho sobrecoste es de un 76 % como consecuencia fundamentalmente de los costes fijos de instalación, y de la evolución continuada alza del precio de suministro del producto, que vario desde los 150€/t iniciales hasta más de 206 €/t actualmente.                                                                    

En ese sentido, el incremento de producción de agua potable reduciría la repercusión del mismo tanto por permitir una licitación con mayor concurrencia como por la reducción de la repercusión de los costes fijos.

• La estabilidad del precio de la arena de calcita que se ha mantenido igual durante todo el periodo, y su reducido consumo, limitado a 220 toneladas en todo el periodo.
• El escaso consumo de Hidróxido cálcico, reducido a 48 toneladas.

En base a los cálculos y conclusiones anteriores, se estima que, si se estuviera operando en régimen nominal la planta, es decir, a los 300 litros por segundo para los cuales fue diseñada, los consumos anteriores estarían en el entorno de 0,03 Kg/m3 de CO2, 0,04 Kg/m3 para la Calcita y de 0,009 Kg/m3 de Hidróxido sódico, abaratando ligeramente el coste del tratamiento hasta dejarlo en unos 0,010 €/m3.

Es muy difícil hacer comparaciones con otras instalaciones similares ya que las características del agua influyen mucho en el consumo de estos reactivos.

Para concluir, a continuación, se muestran los resultados y evolución que se ha registrado en el valor del Índice de Langelier, tanto en la situación previa, como durante el período de pruebas, y la fase de explotación a escala industrial, mostrando como salvo episodios puntuales que han sido rápidamente corregidos cambiando las consignas de proceso, la situación se encuentra controlada.