CARBON ACTIVADO PARA LA REMOCION DE METABOLITOS

J d R i l b P bl á i dJornadas Regionales sobre Problemática de Floraciones Algales en Fuentes de Agua Potable

26 y 27 de Septiembre de 2013

CARBON ACTIVADO PARA LA CARBON ACTIVADO PARA LA REMOCION DE METABOLITOSREMOCION DE METABOLITOSREMOCION DE METABOLITOS REMOCION DE METABOLITOS

ALGALES EN PLANTA ALGALES EN PLANTA POTABILIZADORAPOTABILIZADORAPOTABILIZADORA POTABILIZADORA

I B i Ci thiIng. Bogarin,Cinthia

Laboratorio central – Panpin115 – Tel 0379 4422980 –lab central@aguasdecorrientes [email protected]

En el noreste de Argentina se han producido florecimientos de cianobacterias enEn el noreste de Argentina se han producido florecimientos de cianobacterias, ensu mayoría debido a las especies de Microcystis aeruginosa y Cylindrospermopsisraciborskii, Dolichospermum spiroides.

concentración de nutrientesflujos bajosaltas temperaturas

aumentoaltas temperaturas

favorecen el desarrollo masivo de algas en cuerpos superficiales

l l d l h f d l l

CianobacteriasCianobacteriasEl monitoreo y control de algas constituye una herramienta fundamental en la prevención de incidentes de producción de toxinas y malos olores y sabores, en un cuerpo de agua destinado al consumo humano.

El Laboratorio Central de Aguas de Corrientes S.A. Laboratorio Central de Aguas de Corrientes S.A. ha implementando desde hace tiempo controles de algas, toxinas y otros metabolitos nocivos, lo que ha permitido optimizar la calidad de agua para el consumo humanopermitido optimizar la calidad de agua para el consumo humano.

Localización de las estaciones de muestreo

METABOLITOS EN TOMAS DE CAPTACION METABOLITOS EN TOMAS DE CAPTACION SOBRE EL RIO URUGUAYSOBRE EL RIO URUGUAY

Metabolito (µg/L) Sitio Fecha1,33 µg/L de

Microcystinas Río Paraná‐Corrientes 02/2004Microcystinas0,60 µg/L de Microcystinas

Río Uruguay‐Paso de Los Libres 02/2008

d0,31 µg/L de Saxitoxinas Río Uruguay‐Santo Tomé 03/2008

0,06 µg/L de Anatoxina‐a Río Uruguay‐Santo Tomé 03/2009

463 ng/L de Geosmina Río Uruguay‐Monte Caseros 02/2008

4.470 ng/L de 2‐MIB Río Uruguay‐Paso de Los Libres 03/20124 4 g Libres 3

PROBLEMÁTICA DEOLOR Y SABOR EN AGUA

Los suministros de aguas superficiales son más propensosa ser afectados por las sustancias indeseables que causan sabores y oloressabores y olores

El consumidor relaciona estos parámetros con su grado de pureza y salubridad. La apariencia, sabor u olor afectara la confianza y la relación con la comunidad

Suele tratarse de eventos esporádicos que en ocasiones no permiten la rápida identificación de los productos no permiten la rápida identificación de los productos responsables para controlar el fenómeno.

Un buen funcionamiento de una planta de tratamientoconvencional no es siempre capaz de eliminar loscompuestos orgánicos disueltos que afectan los problemasde sabor y olor en el agua potable, se requierentratamientos alternativostratamientos alternativos.

Compuestos orgánicos que afectan la Compuestos orgánicos que afectan la calidad sensorial del aguacalidad sensorial del agua

La mayoría de los eventos de olor La mayoría de los eventos de olor y sabor en y sabor en aguas aguas que se han que se han presentado, son presentado, son producidos por producidos por CIANOBACTERIASCIANOBACTERIAS.. La intensidad de

esos olores va a depender de la densidad algal, del estado fisiológico

L t i i l t

esos olores va a depender de la densidad algal, del estado fisiológico de la población y de la especie predominante.

Los compuestos principalmente responsables del olor y sabor son

geosmina y 2-metil isoborneolentre otros, con olor similar a ,“tierra mojada” o humedad

no presentan riesgos para la salud, si existe riesgo de contacto indirecto por escorrentía en aguas de perforación no seguras , en el uso de agua de mesa no controlada.

Los umbrales de detección de geosmina y 2-MIB en humanos son notablemente bajos (menosde 10 ng/l) por lo que los seres humanos los podemos percibir muy fácilmente; cuando la cantidad de compuestos generadores de olor y sabor en al agua del río es elevada, aunque se elimine un porcentaje alto en el proceso de potabilización, una muy pequeña cantidad remanente pueda ser percibida por los consumidores

ACCIONESACCIONESACCIONES ACCIONES EN EN EL EL

LABORATORIOLABORATORIO

PROBLEMÁTICA DEOLOR Y SABOR EN AGUA

Utilizar los mismos instrumentos de medición queel consumidor: gusto y olfato.

ANÁLISIS SENSORIAL

g y

Rápido, simple y sensible.

Diferenciar sustancias presentes en la muestra enun solo ensayo.

id ifi bi d l bDetectar e identificar cambios de olor y sabor,permitiendo tomar medidas preventivas ycorrectivas

Calidad sensorial del aguaCalidad sensorial del agua

Santo Tome: Paso de Los Libres:Santo Tome:Agua Natural: intensidades de 4 a moho en generalA.Natural: 45º :intensidades de 6-8 p/períodos de mayor percepción y 2 cuando es bajo en olor.Salida de planta: intensidades de 2 en olor a tierra

i d d ió

Agua Natural: intensidades de 4 a tierra en generalA.Natural: 45º :intensidades de 6 p/períodos de mayor percepción y 2 cuando es bajo en olor.Salida de planta: intensidades de 2 en olor a tierra para periodos de mayor percepciónpara periodos de mayor percepción. periodos de mayor percepción

Monte Caseros:A N t l i t id d d 4 hi b / hAgua Natural: intensidades de 4 a hierba/ moho en generalA.Natural: 45º :intensidades de 6-8 p/períodos de mayor percepción y 2 cuando es bajo en olor.Salida de planta: intensidades de 2 en olor a moho para p pperiodos de mayor percepción

DETERMINACION DE GEOSMINA CON GC/MS POR DETERMINACION DE GEOSMINA CON GC/MS POR MICROEXTRACCION EN FASE SOLIDAMICROEXTRACCION EN FASE SOLIDA

1000 ml de muestra de agua con tapa teflón sin cámara de aire

Frasco de 150 ml : buzo magnético y 5 gr de cloruro de sodio+

40 ml muestra (tapar)

Agitar y calentar 60ºC

poner en contacto la microfibra dejando adsorber p jdurante 30 min en constante agitación y calentamiento a 60ºC

levantar el embolo resguardando la microfibra

insertar en el puerto de inyección del GC/MS.GC/MS.p y

SPME Fiber: 2 cm-50/30 um DVB/Carboxen/PDMS StableFlex

Carbón activadoes carbón poroso que se produce artificialmente de manera que exhiba un elevado grado de porosidad y una alta superficie interna. Estas características, junto con la naturaleza química de los átomos de carbonoque lo conforman le dan la propiedad de atraer y atrapar de manera

Estructura cristalina reticular similar grafito- extremadamente poroso

que lo conforman, le dan la propiedad de atraer y atrapar de manera preferencial ciertas moléculas del fluido que lo rodean

Proceso más crítico en la adsorción es la difusión de la sustancia a remover hacia la superficie del

carbón activado

Area superficial del carbón activado i tes interna

La entrada al carbón activado: macroporosmacroporos

Transporte: mesoporosAdsorción: microporos

El área total y el tamaño no son fáciles de medir, se usan índicesDan una idea de cuan fácil se adsorben las moléculas de distintos tamaños , dando

información al tipo de poro que tiene un carbón.

ENSAYOS DE ADSORCION DE GEOSMINAENSAYOS DE ADSORCION DE GEOSMINA

Se selecciono carbón activado en polvo (CAP) para determinar la capacidad de adsorción de Geosmina en agua natural proveniente del Río Uruguay frente a la toma de Monte Caseros.

La muestra fue sometida a prueba de rector con diferentes dosis de CAP y concentración inicial de geosmina de 138.6 ng/LCAP y concentración inicial de geosmina de 138.6 ng/L

Muestras de reacción: Muestras de reacción: 250 mililitros del 250 mililitros del agua agua en 6 reactoresen 6 reactores

Adición de dosis crecientes de carbón Adición de dosis crecientes de carbón activado activado (0(0--50mg/L)50mg/L)

mezcla aguamezcla agua--carbóncarbón: agitación moderada y : agitación moderada y temperatura de 45 ºC . temperatura de 45 ºC . Tiempo Tiempo contacto:5, contacto:5, 10 10 min y 40 minmin y 40 min

Separación de fases Separación de fases (filtración WHATMAN GF/A)(filtración WHATMAN GF/A)

Análisis de la fase líquidaAnálisis de la fase líquida concentraciones concentraciones remanentes de remanentes de Geosmina.Geosmina.

Extraccion por SPMEExtraccion por SPME Análisis por GC/MSAnálisis por GC/MS

RESULTADOS: ENSAYOS DE ADSORCION DE GEOSMINADE GEOSMINA

A) TIEMPO DE ADSORCION 10 min

Dosis de PACDosis de PAC 55 1010 2020 4040 5050

CANTIDAD DE GEOSMINA CANTIDAD DE GEOSMINA –– FASE ACUOSA (ng/L)FASE ACUOSA (ng/L) 94.9694.96 85.9585.95 24.7924.79 6.376.37 5.435.43

CANTIDAD DE GEOSMINA REMOVIDA (ng/L)CANTIDAD DE GEOSMINA REMOVIDA (ng/L) 43.6443.64 52.6552.65 113.81113.81 132.23132.23 133.17133.17( g/ )( g/ )

CAPACIDAD DE ADSORCIONCAPACIDAD DE ADSORCION: : CANTIDAD DE GEOSMINA CANTIDAD DE GEOSMINA REMOVIDA POR UNIDAD DE MASA DE CAP ng/mgREMOVIDA POR UNIDAD DE MASA DE CAP ng/mg

8.738.73 5.275.27 5.695.69 3.313.31 2.662.66

% REMOCI% REMOCIÓÓNN 31.4931.49 37.9937.99 82.1182.11 95.4095.40 96.0896.08

B) TIEMPO DE ADSORCION 40 min

Dosis de PACDosis de PAC 55 1010 2020 4040 5050

CANTIDAD DE GEOSMINA CANTIDAD DE GEOSMINA –– FASE ACUOSA (FASE ACUOSA (ngng/L)/L) 100.64100.64 65.2165.21 19.5419.54 1.881.88 ndnd

CANTIDAD DE GEOSMINA REMOVIDA (CANTIDAD DE GEOSMINA REMOVIDA (ngng/L)/L) 37.9637.96 73.3973.39 119.06119.06 136.72136.72 ------

CAPACIDAD DE ADSORCIONCAPACIDAD DE ADSORCION C G OSC G OSCAPACIDAD DE ADSORCION: CAPACIDAD DE ADSORCION: CANTIDAD DE GEOSMINA CANTIDAD DE GEOSMINA REMOVIDA POR UNIDAD DE MASA DE CAP ng/mgREMOVIDA POR UNIDAD DE MASA DE CAP ng/mg

7.597.59 7.347.34 5.955.95 3.423.42 ------

% REMOCIÓN% REMOCIÓN 27.3927.39 52.9552.95 85.9085.90 98.6498.64

ADSORCION DE GEOSMINA

ADSORCION DE MICROCISTINA

Una comparativa de 200

Inicial 5 min 30 min

Una comparativa de diferentes carbones

activados de distintos origenes frente a toxinas

140

160

180

200

LOS DIFERENTES CARBONES DE ORIGEN galgales en agua natural

inyectada con la microcystina, demuestra la diferencia de porcentajes 80

100

120

140

Con

c. u

g/L

VEGETAL CA03 , CA04 Y CA06 PRESENTAN UNA RÁPIDA ADSORCION

diferencia de porcentajes de adsorción

40

60

80

0

20

C-CA01 C-CA02 C-CA03 C-CA04 C-CA05 C-CA06

carbón activado en polvo

ACCIONES EN EL PROCESO DE POTABILIZACIONACCIONES EN EL PROCESO DE POTABILIZACION

ImplementaciónImplementación dede ensayosensayos dede catacata enenll bboloresolores yy saboressabores

Adición de carbón activado en polvoAdición de carbón activado en polvoAdición de oxidantes en diferentes etapas del Adición de oxidantes en diferentes etapas del Adición de oxidantes en diferentes etapas del Adición de oxidantes en diferentes etapas del procesoproceso

Optimización de eficiencia de coagulaciónOptimización de eficiencia de coagulaciónOptimización del funcionamiento de filtrosOptimización del funcionamiento de filtros

En las tres Plantas se instaló un módulo para la preparación de la suspensión de carbón activado en polvo con bombas peristalticasactivado en polvo con bombas peristalticaspermitendo una mejor dispersión y dosificacion del producto.

La inyección de carbón activado se realizó elLa inyección de carbón activado se realizó el punto más conveniente de cada planta: • Santo Tomé, en la cañería de aducción de agua cruda. • Paso de los Libres en la canal de ingreso• Paso de los Libres en la canal de ingreso de agua cruda antes del agregado del coagulante • Monte Caseros, inyección en cámara de bombeo de agua crudabombeo de agua cruda.

Geosmina en aguas del Rio Uruguay03/02/2008 MONTE CASEROS NATURAL 463

03/02/2008 PASO DE LOS LIBRES NATURAL 417

30/06/2008 MONTE CASEROS NATURAL <2

30/06/2008 PASO DE LOS LIBRES NATURAL <2

30/06/2008 SANTO TOME NATURAL <2

07/01/2009 SANTO TOME NATURAL 580

07/01/2009 PASO DE LOS LIBRES NATURAL 350


12/03/2009 MONTE CASEROS NATURAL 5

12/03/2009 SANTO TOME NATURAL 15712/03/2009 SANTO TOME NATURAL 157



19/01/2010 MONTE CASEROS NATURAL ND19/01/2010 MONTE CASEROS NATURAL ND

21/01/2010 MONTE CASEROS NATURAL ND

11/02/2010 MONTE CASEROS NATURAL <14

15/02/2010 MONTE CASEROS NATURAL ND15/02/2010 MONTE CASEROS NATURAL ND

15/02/2010 SANTO TOME NATURAL ND



31/01/2011 PASO DE LOS LIBRES NATURAL <14


A. spiroides

Total

Santo Tomé

Anabaena. spiroides Total pH Turb Altura

Dosis de carbonactivo gr/m3

02/01/08 63 308

40 00050.00060.00070.00080.00090.000

100.000

élul

as/m

l

02/01/08 63 30807/01/08 9 19314/01/08 41 41321/01/08 108 69624/01/08 1.208 3.100 7,5 21,9 20

18 300 20 200 8 1 12 9 40

010.00020.00030.00040.000

/200

8

/200

8

/200

8

/200

8

/200

8

/200

8

/200

8

/200

8

/200

8

/200

8

/200

8

/200

8

/200

8

/200

8

/200

8

/200

8

/200

8

/200

8

/200

8

/200

8

/200

8

/200

8

cé 25/01/08 18.300 20.200 8,1 12,9 4028/01/08 13.900 14.700 7,7 12,4 2,13 4029/01/08 11.250 13.800 11,2 4030/01/08 13.900 15.400 10,9 6031/01/08 23.300 39.000 14,8 60

02/0

1/

04/0

1/

06/0

1/

08/0

1/

10/0

1/

12/0

1/

14/0

1/

16/0

1/

18/0

1/

20/0

1/

22/0

1/

24/0

1/

26/0

1/

28/0

1/

30/0

1/

01/0

2/

03/0

2/

05/0

2/

07/0

2/

09/0

2/

11/0

2/

13/0

2/

Fig. 2. Algas en el Río Uruguay - Santo Tomé

03/02/08 26.750 35.250 13,5 6005/02/08 2.550 3.700 7,4 11,5 2,05 6007/02/08 12.750 22.750 4008/02/08 12.625 18.750 6009/02/08 22 670 36 350 6009/02/08 22.670 36.350 6010/02/08 33.167 39.668 11 6011/02/08 21.312 28.437 6,6 60 1,4 6012/02/08 25.325 32.937 52 6013/02/08 36.950 48.175 7,5 10,5 60

Durante la floraciónDurante la floración

Incremento de frecuencia de purga de barros y limpieza de decantadores.Incremento de frecuencia de lavado de filtrosIncremento de frecuencia de lavado de filtros.Recuentos celulares diarios de algas con identificación de especies dominantes Carbón activado en polvo en punto de captación de agua cruda (dosis entre 40 y 80 g/m3).D i ió d j d ió d él l d d Determinación de porcentajes de remoción de células en agua decantada y consumo.‐Determinación de toxinas.Incremento de frecuencia de control de parámetros operacionales in situ ( )

p p(pH, turbiedad, cloro) en cada etapa del proceso.Incremento de frecuencia de control y ajuste de dosis de productos químicos en planta.Ensayos con diferentes marcas, dosis y tiempos de contacto con carbón activado y , y ppara remoción de Microcystina y metabolitos algalesDeterminación de geosmina y 2‐MIB en agua cruda y salida de planta.Panel de catacion organoleptica diario.Determinación de trihalometanos (THM) en salida de planta y red ‐Determinación de trihalometanos (THM) en salida de planta y red.‐Precloración en agua decantada (aumenta tiempo de contacto para oxidar potencial toxina disuelta).Reducción de pH de salida de planta (aumenta efectividad del cloro).

VERIFICACION DE RESULTADOS DE MEDIDAS IMPLEMENTADAS

MICROCYSTINAMICROCYSTINA AGUAAGUA DEDE CONSUMOCONSUMO:: NDNDREMOCIONREMOCION DEDE GEOSMINAGEOSMINA:: 9595 -- 9898%%

REMOCIONREMOCION DEDE CIANOBACTERIASCIANOBACTERIAS:: 9696 –– 9999 %%

THMTHM:: CUMPLECUMPLE LIMITESLIMITES..

PARAMETROS BASICOS DE CALIDAD PARAMETROS BASICOS DE CALIDAD PARAMETROS BASICOS DE CALIDAD PARAMETROS BASICOS DE CALIDAD (TURBIEDAD, COLOR, pH, CLORO RESIDUAL): (TURBIEDAD, COLOR, pH, CLORO RESIDUAL): CUMPLE CUMPLE LIMITES.LIMITES.LIMITES.LIMITES.PERCEPCIONPERCEPCION PORPOR PARTEPARTE DELDEL CONSUMIDORCONSUMIDOR::QUEJASQUEJAS ENEN PRESENCIAPRESENCIA DEDE GEOSMINAGEOSMINA

PresenciaPresencia enen formaforma recurrenterecurrente dede especiesespecies dede cianobacteriascianobacterias potencialespotencialesprod ctorasprod ctoras dede cianoto inascianoto inas comprobándosecomprobándose enen loslos episodiosepisodios est diadosest diados a senciaa sencia

CONCLUSIONESCONCLUSIONESproductorasproductoras dede cianotoxinascianotoxinas,, comprobándosecomprobándose enen loslos episodiosepisodios estudiados,estudiados, ausenciaausenciadede laslas mismasmismas enen aguaagua potablepotable

Se ha podido comprobar que lo importante es lograr el funcionamiento óptimo de losp p q p g pprocesos convencionales existentes, y recién a partir de este punto aplicar lasmodificaciones y los productos alternativos para la remoción de cianobacterias y sussubproductos

Es importante ajustar la dosis de coagulante en planta de manera que se priorice laremoción de cianobacterias .Los mayores porcentajes de remociones de cianobacterias yde geosmina, ocurren principalmente en la etapa de decantacióng , p p p

LaLa incorporaciónincorporación dede ensayosensayos dede catacata constituyeconstituye unauna informacióninformación rápidarápida frentefrente aaloslos problemasproblemas dede olorolor yy saborsabor queque afectanafectan lala calidadcalidad deldel agua,agua, permitiendopermitiendo unaunaprontapronta respuestarespuesta operativaoperativa enen elel sistemasistema dede tratamientotratamientoprontapronta respuestarespuesta operativaoperativa enen elel sistemasistema dede tratamientotratamiento..

ElEl carbóncarbón activadoactivado constituyeconstituye unun mediomedio eficienteeficiente parapara adsorciónadsorción dede microcistinamicrocistina yygeosminageosmina concon óptimaóptima eficienciaeficiencia dede remociónremoción yy dede fácilfácil aplicaciónaplicación enen plantasplantas dedegg pp yy pp pptratamientotratamiento dede aguaagua..

ResultaResulta necesarionecesario parapara unauna evaluaciónevaluación toxicológicatoxicológica yy operativaoperativa adecuada,adecuada, tenertener enencuentacuenta loslos resultadosresultados dede todostodos loslos análisisanálisis complementarioscomplementarioscuentacuenta loslos resultadosresultados dede todostodos loslos análisisanálisis complementarioscomplementarios..

LaLa presenciapresencia dede metabolitosmetabolitos algalesalgales requiererequiere dede tratamientostratamientos especialesespeciales ,, quequeincideninciden enen loslos mayoresmayores requerimientosrequerimientos dede insumosinsumos operativosoperativos yy analíticosanalíticos..

Jornadas Regionales sobre Problemática de Floraciones Algales en Fuentes de Agua Potableg g

26 y 27 de Septiembre de 2013

Muchas GraciasMuchas GraciasMuchas GraciasMuchas GraciasGGGG

Sargento Cabral y Sargento Cabral y PanpinPanpin -- 0379 4422980 0379 4422980 ––[email protected]@aguasdecorrientes.com

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CARBON ACTIVADO PARA LA REMOCION DE METABOLITOS