Dewatering y Tratamiento de Aguas (1)

DEWATERING DEWATERING Y Y

TRATAMIENTO TRATAMIENTO DE AGUASDE AGUAS

Es la separación físico/química de las fases sólida y liquida de un fluido de desecho.

Su principal aplicación esta en el tratamiento de volúmenes de lodo en exceso.

Remueve la mayoría de los sólidos coloidales de los fluidos de perforación.

Que es el Dewatering?

DEWATERING

Que es una Solución?Mezcla de 2 o mas sustancias que no reaccionan entre si. El tamaño de las partículas es atómico. Las sustancias en solución no pueden ser separadas por los procesos de coagulación y/o floculación. Ejm: Soluciones salinas (NaCl, KCl, etc)

Que es una Suspensión?Mezcla homogénea de partículas desde tamaño molecular hasta tamaños visibles. Generalmente una suspensión tiene aspecto turbio. Las suspensiones pueden ser separadas por los procesos de coagulación y/o floculación, Ejm: lodo

DEWATERING

DEWATERING

DIAMETRO TIEMPO PARA CAER EN UN METRO DE AGUA

ARENA 10 segundos

ARENA FINA 2 minutos

LIMO 2 horas

PARTICULAS COLOIDALES

0.001 mm 4 días

0.1 micrón 2 años

0.01 micrón 10 años

Tiempo de Sedimentación.

Coagulation

DestabilizedCoagulated Particles

+

++

++

+ +

+ ++

++ +

+

+++

+

+

++

+ +

++ +

+ +

++

+

+

+

+

+ +

++

++

+ +

++

+

+

++

+

++ +

+

+

+

+

+

+

+ +

+ +

+

+

++

+

+

+

+

+

+

+

++

+

NegativeChargeParticles

+

++

+ ++

+

+

CationicCoagulant

Coagulación

DEWATERING

Desestabilización de las partículas en suspensión debido a la reducción de las cargas electroestáticas, lo cual permite que estas se muevan más cerca y más juntas

Flocculation

Negative-ChargeParticles

- --- --- --

- --

- --- --

- --- --

- --- --

- --- --

- --- --

- --- --

- --- --

- --- --

- --- --

- --- --

+ +++ +

+++

+ +

+ +

++

+

Multiple particles

HMW CationicPolymer

+++

++++

+++++

+++

++

+++++

+++

+++ +

+

++

++++

++ +++++

+++ ++++ +

+++

++

++ ++++

++

Physical in nature - “Bridging”

DestabilizedFlocculated

Particles

- --- --

+++++

++++ ++++ + ++

++++

+++ +++++

++

- --- --

- --- --

- --- --

- --- -

- --- -- - --

- --

- --- --

-- --

- --

- --- --

- --- ---

-

- --- --

+ +++ +

+++

+ +

+ +

++

+

Strong flocsformed

Shear degrades floc - notreversible

DEWATERING

Floculación

Puenteo físico de dos o mas partículas, la cual aglomera estas partículas, las aglomeraciones son fuertes y resistentes a fuerzas mecánicas, por lo general es irreversible.

Costo efectivo Vs transporte y opción de disposición.

Mejora la reología del lodo.

Reduce el volumen de desechos líquidos y costos de disposición.

Reduce el consumo de agua y el impacto ambiental.

Altamente efectivo en perforación con lodo bentonitico.

DEWATERING

Beneficios del Dewatering

DEWATERING

Fluido Base• Tipo de carga eléctrica y densidad de carga• Distribución del tamaño de particulas• Concentración de partículas• Fracción de partículas solubles / insolubles

Polímero• Tipo de carga y densidad• Peso Molecular• Distribución del Peso Molecular• Configuración estructural de la molécula• Estabilidad química• Capacidad de disolución

Mezclado• Intensidad• Efectividad de transporte• Velocidad

Flóculos• Integridad mecánica del flóculo• Densidad y porosidad• Potencial de desprendimiento de agua• Eficiencia de captura de partículas pequeñas

Solucion aquosa• pH• Contenido de Iones• Contenido de iones de alto potencial de carga• Contenido de compuestos organicos solubles Medio Filtrante

• Tipo de proceso (gravedad, presión, vacio o flotación• Eficiencia mecánica del equipo• Limpieza del medio filtrante Solidos Deshidratados

• Consistencia de los lodos• Claridad del efluente• Porcentage de sólidos

Lodo

Separación

Filtrado

Sólidos

Coagulante/Floculante

Variables del proceso de Dewatering

Coagulantes FloculantesSales Inorgánicas Polímeros Sintéticos

Sulfato Férrico Poliacrilamidas

Cloruro Férrico Polietileno

Cloruro de hierro Oxido de Polietileno

Sulfato de Calcio Polímeros Naturales

Sulfato de Aluminio Almidones

Cloruro de Calcio Gomas

Sales Inorgánicas

DEWATERING

Floculantes y Coagulantes Típicos

DEWATERING

Características de los Coagulantes Inorgánicos

Económicos Trabajan a limitados rangos de pH Requieren ajuste de pH antes de la coagulación. Producen excesivos lodos residuales Aumentan los sólidos disueltos al agua Problemas de corrosión

Al 3+

Fe 3+

Fe 2+

Ca2+

DEWATERING

Eficiencia de los Polímeros.-

La eficiencia depende de los siguientes factores:

Concentracion de la solución Cantidad de agua de dilución posterior Tiempo de mezclado Intensidad de mezclado Tiempo de añejamiento Caracteristicas del agua de solución

DEWATERING

Eficiencia de los Polímeros.-E

fici

enci

a R

elat

iva

Dosaje de Polímero

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Eficiencia de un Polímero en función de dosis

DEWATERING

Tipos de Cargas de los Polimeros

Los Polímeros se fabrican de tres tipos de carga eléctrica:

Aniónicos - cargados negativamente

Catiónicos - cargados positivamente

No ionicos - neutros, sin carga

DEWATERING

Tipos de Cargas de los Polimeros

Productos Cytec para el tratamiento de lodos de perforacion: Floculantes tipo en polvo aniónicos y no-ionicas:

Cyfloc 4000, 4010, 4020, 4500, Cyfloc 1143 Floculantes tipo emulsión aniónicas y no-ionicas:

Cyfloc 5200, 5300, 5500 Floculantes tipo en polvo catiónicos:

Cyfloc 1133, 1146, 1148, 1125 Floculantes tipo emulsión catiónicas:

Cyfloc 1154, 1156, 1136, 1151, 1137, 1230 Floculantes catiónicas tipo líquidas:

Cyfloc 7000 Coagulantes catiónicas tipo líquida:

Cyfloc 6100, 6120, 6620, 6200, 8100, 8200, SF C 7787

DEWATERING

Preparación de los soluciones de Polímeros.• Sistema automático para polímeros en polvo

Dosificador dePolímero

Mezclador

Tanque desolución Bomba de

DesplazamientoPositivo

Tanque de añejamiento

BombaDosificadora

.Mezclador

estático

Polimer

Polimer Agua

Agua dehumedactación

Agua de dilución

.

Medidor de Flujo

DEWATERING

Preparación de los soluciones de Polímeros. Se debe prehidratar las particulas antes de

añadir al tanque mediante un eductor. La concentracion recomendada es de 0.1 a

1% peso. Emplear baja intensidad de mezclado de

60 a 80 rpm en el agitador. Deje añejar la solución por lo menos 30

minutos Caracteristicas del agua de dilución

DEWATERING

Añejamiento de los Polímeros.

TIEMPO(30 Minutos)

+

Gota de Emulsióno Grano de Polímero

Polímero

+ Agua ++

+ +

++

+

++

+

+

+

+ ++ +

+

+

++

+

+

+

++

++ + +

++

++

+

+

+ +

+

+

+

++

++

+

+

+

+

+

+

+

Molécula de Polímero añejadaFuerza de repulsión

DEWATERING

Optimización en la adición de floculante a las centrifugas:Puntos de adición:

Muchas centrifugas tienen un sólo punto de adición del floculante.

Multiples puntos de adición permite una mejor optimización de la eficiencia del proceso.

Posible puntos de adición:En la succión de la bomba de lodo de la centrifuga.En la descarga de la bomba de lodo de la centrifuga.A la entrada a la centrifuga.En uno o más puntos entre la bomba de lodo y la centrífuga.

Pruebe cada punto para determinar el que ofresca mejor resultados.

DEWATERING

Optimización en la adición de floculante a las centrifugas:

Dosificadora de Polímero

Bomba de Lodos

Válvula de mezclado, mezclador estático

o mezclador dinámico de linea

Filtrado Lodo

CentrifugaCentrifuga

DEWATERING

Selección del floculante/coagulante:El programa de tratamiento se determina por medio de pruebas de laboratorio, llamado pruebas de jarras:

Preparar soluciones de coagulantes de 1% a 2% (p/v) y de floculantes de 0.1% a 0.3% (p/v).

Ensayar el coagulante a distintas concentraciones el fluido a tratar.

Ensayar el floculante a distintas concentraciones sobre el fluido con el coagulante seleccionado.

DEWATERING

Ensayar el floculante a distintas concentraciones sobre el fluido con el coagulante seleccionado pero diluyendo el fluido.

Ensayar el floculante a distintas concentraciones sobre el fluido con el coagulante seleccionado no diluido con ajuste de pH 6-7

Ensayar el floculante a distintas concentraciones sobre el fluido con el coagulante seleccionado y ajuste de pH pero a distintas diluciones.

Repetir todo con diferente coagulantes y floculantes.

pH puede afectar los costos del dewatering Los dispersantes hacen que el proceso sea

difícil (generalmente es muy costoso) Los coagulantes pueden ser usados para

reforzar las reacciones químicas Los polímeros líquidos generalmente

tienen mayor costo que los secos. El tiempo de hidratación es critico en los polímeros secos.

DEWATERING

FACTORES QUE AFECTAN EL DEWATERING

Coagulants

Pump

FlocculantsDewatering Unit518 Centrifuge

1

Blending & StorageA

A

Drill WaterB

B

Solids DiscardC

C

Clean Liquid to Active Systemor Storage

D

D

Mud from Active SystemE

E

2

3

4

5

1

2

3

4

5

DEWATERING

Diseño Básico de un Sistema de Lodo Liviano

SW 01098

Process Tank 1

Agitator

Coagulants

Pump

Flocculants

Dewatering Unit

518 Centrifuge

414 Centrifuge

Barite Hopper

Jet

1

Chemical Blending & StorageA

Drill WaterB

Solids DiscardC

Clean Liquid to Active Systemor Storage

D

Polished Liquid to Active System, Storage or Discharge To Environment.

G

Mud from Active SystemE

Barite to Active SystemF

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Liquid Return Pump11

Process Tank 212

Dual Cartridge Filter Unit13

B

C

D

E

G

F

C

A

4

5

6

910

11

3

1

2

12

7

8

13

DEWATERING

Diseño de un Sistema de Lodo Pesado, con Filtro de Cartucho

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

Flow LineRig ShakerMud CleanerActive Mud SystemFeed PumpCentrifugeEnviro UnitLiving AreaMix TankStore TankAcid TankCoagulant TankCatch Tank: CleanWater

Catch Tank:Dirty WaterStorage Tank:Clean WaterStorage Tank:Dirty Water

2

1

2

3

4

4

5

6

4

7

8

9

10

1112

1314

15

16

Drilling FluidCentrifuge EffluentClean WaterDirty WaterAcidCoagulantSolids

DEWATERING

Diseño Típico de un Sistema de Clima Frío

2

1

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Mix TankStore TankAcid TankCoagulant TankCatch Tank: Clear WaterCatch Tank: Dirty WaterAgitatorFlocculant Transfer PumpMain SwitchboardPolymer Dosing PumpCentrate PumpLiving Area

SW 00067 C

1

2

3

45

6

7

7

7

8

8

9

1010

11

11

12

DE-WATERING

Diseño Típico de un Sistema de Invierno Fuerte

Medidores de Coagulante y Polímero

Medidor de Agua y Lodo Alimentado

Mezcladores de Coagulante y Polímero Bomba

Mezclador Estático

Consola de Polímero Liquido

EQUIPO DE DE-WATERING

Unidad de Dewatering

EQUIPO DE DEWATERING

Sistema Automatizado


Sistema Automatizado


TRATAMIENTO DE TRATAMIENTO DE AGUASAGUAS

Es un tratamiento y pruebas finales que se le dan al agua industrial, de dewatering, lluvia o domestica para que cumpla con los estándares de disposición al medio ambiente o para re-uso en el equipo

Puede ser hecho en piscinas, tanques australianos, plantas de depuración, filtración o frac tanks

Que es un tratamiento de Aguas ?

TRATAMIENTO DE AGUAS

Turbiedad (Fenómeno óptico que se mide por la mayor o menor resistencia del agua al paso de la luz)

Color (verdadero es debida a sustancias en solución, 90% con tamaños <10 , aparente debida a sustancias en suspensión)

Sabor (se cuantifica por el numero de veces que se debe diluir con agua insalubre, hasta que el sabor deja de percibirse)

Olor (se cuantifica por el numero de umbral de olor)

Sólidos suspendidos

CARACTERISTICAS FISICAS DEL AGUA



pH Sólidos disueltos totales (Iones y Cationes) Alcalinidad (pf/mf o relación entre pH de

fenolftaleina y pH del metil naranja. Muestra la concentración de H+ y OH-)

Dureza (contenido de calcio y/o Magnesio) Oxigeno disuelto Sulfatos Cloruros Conductividad (mide la cantidad de iones presentes) Demanda química de oxigeno DQO Demanda bioquímica de oxigeno DBO

CARACTERISTICAS QUIMICAS DEL AGUA

Manejo y Tratamiento de Aguas / Sistema Abierto

Sistema de Tanques Australianos Sistema de Piscinas


Pit No. 2 10,000 - 12,000 bbls

Transfer Pump

Pit No. 3 8,000 - 10,000 bbls

Transfer Pump

Circulation Pump

Circulation Pump

Aeration Pump

Oil Trap

Aeration or Circulation

PumpMist

System

Mist System

Chemical Injection Pump

Circulation Pump

Coagulants

Flocculants

Chemical Injection Pump

Floculación / Sedimentación en un Sistema de Piscinas Doble


SW 9190 C

Mud

Mist System

Aeration Pump

Settled Flocculated

Solids

Clear Water

AFTER

TREATMENT

Chemical Injection

Pump

Circulation Pump

Coagulants

Flocculants

Chemical Injection

Pump

TREATMENT IN PROGRESS


Tratamiento de Aguas en Tanques Australianos

Flocculation & Settling Tank No.2Final Adjustment Tank No.3(Lab testing for quality control)

Chemical Tank

To final disposalTo Re-use

Water SupplyCentrifugal PumpRig TankCamp

Drilling RigSolids Control SystemDewatering UnitSkimmerContingency Storage TankInitial Settling Tank No.1

Domestic WaterTreatment Unit

Fresh water supplyRun-off water MudDewatering effluentTreated water Gray water & treatedDomestic water

1

2

3

4

6

7

8

10

11

13

14

16

15

5

12

9

1

2

3

4

5

2 2

2

2

2

6

7

8

15

16

11

10

13

1412

1212

9


Drilling RigSkimmerCentrifugal PumpChemical Dosage TankStatic MixerWater Treatment Unit (480 bbls )Flocculation TankSettling TankFinal Adjustment TankSludge Catchment Tank

Water for TreatmentSludge DischargeTreated EffluentTo Final Storage or Disposal

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

A

B

C

D

1

23

5

6

3

3

7

8

9

10

B

C

D

A

4

4


Tratamiento de Aguas en Frac Tanks

1

2

6

2

3

5

7

8

9

10

11

12

13

4

44

4

Storage PitWater Treatment Module

Mixing Flocculation TankChemical Dosage TankSettling Tanic TankSludge Discharge

Sand FilterActivated Charcoal FilterFiltration UnitReturn to Active System

Treated WaterDistribution

Treated WaterStorage Tank

RL3

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

13

12


Planta de Depuración de Agua

1

4

5

5

6

4

2

3

A

B

C

D

E

F

F

Flow InletDisposal if Not TreatableSeawater InletCirculation LineDischarge Below 40 ppm

Pit for 2.5 times Wash Train VolumeBack-up PitCirculation Pit 70 to 100 cbm20 micron Solid FilterOil Adsorbent FilterHydrocarbon Online Monitor(Option)

Return Line Above 40 ppm

A

1

2

3

4

5

6

B

C

D

E

F


Filtración


PROCESO GLOBAL

LodoLodo

SólidosSólidosFiltradoFiltrado

CoagulanteCoagulante

FloculanteFloculante

Tanque de tratamientoTanque de tratamientoProceso BiológicoProceso BiológicoClarificador Final Clarificador Final

•Sulfato Aluminio•Floculante•CalAireAire

MezcladoMezclado

CentrífugaCentrífuga

DiluciónpHOtros quimicos

CALCULOS DE CAMPO

Los Coagulantes mas comunes usados al 1% (p/v) son:Sulfato de Aluminio, Polímero 6100 y Polímero 7787.

Los Floculantes mas comunes usados al 0.1% (p/v) son.Polímero OFXC 1143, OFXC 1146 y OFXC 1148

Los controladores de pH mas comunes al 1% (p/v) son:Cal hidratada, Soda cáustica y Ácido cítrico.

Ej. Una solución de Sulfato de Aluminio al 1%, se deberá disolver una masa de 1 gr en 100 ml de agua.

CALCULOS DE CAMPO

Lodo Base PoliméricoPrueba de Jarras: Tomar 500 ml de lodo. Volumen agregado de sulfato de aluminio, 6 ml

al 1% (p/v). Volumen agregado de floculante OFXC, 1.5 ml

al 0.1% (p/v).Lodo a Tratar: 400 bbl de lodo polimérico. Cuantos sacos de coagulante y floculante

serán necesarios???

CALCULOS DE CAMPO

C1 * V1 = C2 * V2

C1 = Concentración del sulfato de aluminio en la solución de laboratorio C1 = (1/100)*6 = 0.06 gr de SO4

V2 = Volumen de lodo utilizado en la prueba

V2 = 500 ml = 0.5 lt

V1 = Volumen de Lodo a tratar

V1 = 400 bbl = 63,694.2 lt

C2 = Concentración de sulfato de aluminio a utilizar en el lodoC2 = 0.06* 63,694.2 / 0.5 = 7643.3 gr = 7.64 kg SO4

Aplicar el mismo paso para el floculante!!

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Dewatering y Tratamiento de Aguas (1)