Andrea Laybauer

REMOCION DE ARSÉNICO:

Antecedentes y Principios de Remoción

Andrea Laybauer

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ANTECEDENTES GENERALES

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El Arsénico en el ambiente:

El 20º elemento más común en la tierra.

Acumulado y transportado por el agua, plantas y animales.

Actividades generadoras: • Perforaciones y/o excavaciones: Drenajes ácidos• Quema de combustibles fósiles.• Fundición de metales.• Relaves mineros.

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El Arsénico y el hombre:

El 20º elemento más común en nuestro cuerpo.Los factores de exposición más importantes son el agua y los alimentos.Los alimentos de origen marino presentan niveles de Arsénico comparativamente más altos que alimentos de otros orígenes. Los productos marinos son los principales contribuidores del Arsénico en la dieta del gombre.El Arsénico es inodoro e insípido.

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Arsénico: Efectos ssobre la salud

Efectos agudos:• Síntomas de intoxicación: vómitos, dolor

abdominal, diarrea. Seguidos de entumecimiento u hormigueo en manos y pies, calambres. Muerte.

Efectos a largo plazo:• Cambios de pigmentación en la piel, lesiones

cutáneas, endurecimiento de palmas de manos y plantas de pies. Precursor de cáncer de piel, vejiga y pulmón.

• Neurotoxicidad, precursor de dianetes y de enfermedades cardiovasculares.

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Arsénico en el Agua: Límites

Clasificación según concentración:• Aguas contaminadas: 50 – 100 µg/L• Aguas altamente contaminadas: > 100 µg/L

Límites normativos:• Agua Potable (NCh 409-1/05): 10 µg/L• Agua de Riego (NCh 1333/78): 100 µg/L• Agua de Infiltración (D.S. 46/03): 10 µg/L

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Tipos de Arsénico

El Arsénico, en nuestro medioambiente, existe principalmente en dos estados de oxidación (valencia): arsenito (As+3) y arsenato (As+5).Arsenito (As+3):• Predominante bajo condiciones moderadamente

reductoras.• Forma soluble del Arsénico.Arsenato (As+5):• Predominante bajo condiciones ambientales

oxidantes.• Forma insoluble del Arsénico.

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Características: Arsenito

Trivalente, As+3.Se encuentra mayoritariamente presente en aguas subterráneas.Más tóxico que el Arsenato para los seres humanos.Altas concentraciones en aguas de pozo están normalmente asociadas a la presencia de Fe y Mn.Más difícil de remover que el Arsenato.

Existe como H2ASO3- (a pH > 9,22).

Para facilitar su remoción debe ser ser oxidado a Arsenato.

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Arsenito: Curva de Disociación

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Características: Arsenato

Pentavalente: As+5.Se encuentra mayoritariamente presente en aguas superficiales.Altas concentraciones normalmente asociadas a altas concentraciones de TDS, sulfatos y cloruros.Su forma insoluble facilita su remoción por métodos fisico-químicos.Existe como un oxianión cargado negativamente: H2AsO4

- o HAsO4-2, a pH neutro.

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Arsenato: Curva de Disociación

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TECNOLOGÍAS PARA LA REMOCIÓN DEL ARSÉNICO

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Oxidación del ArsenitoObjetivo. Convertir el As+3 (soluble) a As+5 (insoluble), para facilitar su posterior remoción.Métodos:• Aireación Simple: Poco eficiente. Permite también

la oxidación del Fe.

H3AsO3 + ½ O2 H2AsO4- + 2 H+

Estequiométricamente: 0,2 mg O2 /mg As+3

• Oxidación química: Oxidantes normalmente utilizados: cloro, hipoclorito, ozono, permanganato de potasio, peróxido de hidrógeno y oxígeno puro. Debe evaluarse conveniencia en cada caso, sopesando como disponibilidad y costo.

H3AsO3 + HClO HAsO4-2 + Cl- + 3H+

Esteq.: = 0,7 mg HClO /mg As+3 = 1 mg NaClO /mg As+3

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Oxidación del Arsenito

3H3AsO3 + 2KMnO4 3HAsO4- 2 + 2MnO2 + + 2K+ + 4H+

+ H2O

Esteq.: 1,4 mg KMnO4 /mg As+3

• Radiación UV: Utilizada conjuntamente con procesos de oxidación química.

Tecnologías para Remoción de Arsénico

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Coagulation Flocculation (CP)

UF - RO-Nano (M)

Granular Ferric Hydroxide(S)

Oxydation & filtration (I&MR)

Enhance Lime Softening (CP)

ActivatedAlumina (S)

IonExchange (S)

As

Other technologies(EDR, Metclean)

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Coagulación-Filtración/Coagulación-Sedimentación

Modificación de las características fisicoquímicas de las material particulado y/o coloidal. Posterior remoción por sedimentación o filtración.Coagulación: Desetabilización de la suspensión coloidal mediante el uso de productos con altas cargas iónicas.Floculación: Formación de enlaces entre partículas coloidales mediante bel uso de cadenas poliméricas de alto peso molecular.

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Factores determinantes de la CoagulaciónTipo de Coagulante:• Sulfato o hidróxido de aluminio.• Sales de hierro: cloruro, sulfato o hidróxido férrico.• Cal viva o hidratada (pH > 10,5).Dosis de Coagulante.Concentración de As+3/As+5.Co-precipitación de otros solutos presentes en el agua.pH y Temperatura

“Jar-Test”: Método para establecer rendimiento preliminar de procesos de Coagulación y Floculación

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FiltraciónRemoción del material particulado mediante paso del agua a través de un lecho filtrante.Basado en diferencia de tamaño y densidad entre las partículas contaminantes y lechos filtrantes.El lecho puede estar constituido por variedad de materiales, siendo los más utilizados:• Antracita.• Arena de Cuarzo.• Granate.

Factores que afectan la eficiencia de filtración:• Tipo y granulometría de los materiales filtrantes.• Tasa de filtración (caudal por área de aplicación)• Tiempo de contacto (caudal por volumen).• Sistema de contralavado (Agua o Aire/Agua).

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Filtros MULTIMATTM

Materiales:• Recipiente: FRP y manifold: PVC para

unidades hasta 48”.• Recipiente: A. Carbono y manifold:

PVC o A. Carbono para unidades desde 48”.

Control:• Manifold de válvulas automáticas,

controladas desde tablero.• Opción: Válvula mutivía para unidades

de diámetro nominal hasta 36”.

Línea de filtros a presión tricapa, bicapa y de carbón activado de VWS.Unidades estándar: entre 20” y 3 m de diámetro nominal.

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Clarificación Acelerada ACTFLOTM

Compacto. Superficie hasta 50 veces menor que un clarificador convencional de capacidad equivalente.Flexible y Robusto: Buena respuesta a cargas variables. Su diseño hidráulico promueve una óptima distribución de flujo.Confiable:. Existen múltiples referencias respecto de su utilización. Facilidad de tratamiento del lodo. El lodo producido puede ser fácilmente espesado y deshidratado.Factibilidad de automatización. Puede ser automatizado e integrado a un SCADA para un fácil control remoto.

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ACTFLOTM

Factores de diseño:• pH• Tipos y concentraciones de Arsénico presente.• Disponibilidad y costo de productos químicos• Tipo y dosis de coagulante• Temperatura• Interferencia de otros compuestos (sulfatos,

fosfatos, carbonatos y dureza)la presencia de otros oxianiones.

Raw Water

COAGULANTE

Coagulant Flocuulation

Settling

PolymerTreated water

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TURBOMIXTM:

Alta homogenización. Mejora la cinética de las reacciones. Reduce el TRH requerido.Elimina cortocircuitos y zonas muertas. Reduce demanda de químicos. Completa mezcla entre fluido y químicos.Maximiza crecimiento de cristales, por uso y recuperación de microarena.

Vertical draft-tube with mixer used as flow guide

Funnel reducing headloss

Ring-shaped perforated pipe for polymer injection

Downflow axial flow impeller

Anti-vortex and anti-bypass baffles

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Intercambio IónicoIntercambio de iones entre una fase líquida y sólida (resina). Una vez la resina se satura, los contaminantes comienzan a fugar. La resina debe ser regenerada para restablecer la”intercambiabilidad” de ésta.Existen resinas básicas fuertes para la remoción de Arsénico.Dependiendo de la resina: pueden tratarse entre 300 – 60000 BV de agua, requiriéndose entre 1 – 5 BV de regenarnte y 2 – 20 BV de agua de enjuague.Factores que afectan las eficiencia de filtración:

• pH y temperatura• Presencia de otras especies iónicas (sulfatos, etc).• Capacidad de intercambio de la resina.• Tipo y concentración del regenerante.

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Membranas: MF, UF, NF y OIBasadas en el uso de membranas semipermeables y presión para forzar la separación sólido - líquido.Dependen del tamaño de corte de la membrana en cuestión, lo que permite su clasificación: MF, UF, NF y OI.

10.0Micron

1.0Micron

0.1Micron

0.01Micron

0.001Micron

0.0001Micron

Microfiltration

Ultrafiltration

Nanofiltration

Reverse Osmosis

Tecnología Rango Presión

MF 5 - 45 psi

UF 7 - 100 psi

NF 50 - 150 psi

RO 100 - 150 psi

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Membranas: MF, UF, NF y OIMicrofiltración y Ultrafiltración: • Remoción de As particulado. Aguas superficiales.• Alternativa a la filtración y sedimentación

convencional. Requiere coagulación previa.• Requiere agua con bajas concentraciones de Fe y

Mn para evitar fouling. Nanofiltración y Osmosis Inversa:

• Remoción de As soluble. • Requiere pre-tratamiento previo para remover

materail particulado y materia orgánica.• Requiere aún menores concentraciones de Fe y

Mn que la MF y UF. Más susceptible a fouling.

SIRIONTM Midi, Maxi, Mega – LARO Unidades estándar de OI con capacidades productivas desde 0,1 m3/h en adelante.Unidades compactas, skidadas con reducidos footprimt.Interfaces programables para facilitar la operación. Control y registro de las principales variables operacionales: Temperatura, Presión, Conductividad.

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Electrodiálisis Reversa (EDR)Los iones son transferidos a través de una membrana selectiva semipermeable bajo la influencia de una corriente continua.Los iones migran de una solución más diluida a una más concentrada. Las membranas están acomodadas entre electrodos opuestos alternando membranas de intercambio iónico catiónicas y aniónicas. La electrodiálisis reversa se basa en este proceso con reversión periódica de la polaridad de los electrodos y por lo tanto la dirección de pasaje de los iones. Se logra así un bajo ensuciamiento y minimiza la necesidad de pretratamiento.

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TRATAMIENTO DE RESIDUOS

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Disposición de Residuos

Factores a considerar:• Residuo líquido o sólido?.• Tipo de disposición.• Costo de transporte y disposición.• Residuos clasificados como peligrosos?.• Permisos específicos.

Alternativas de disposición:• Descarga directa.• Descarga indirecta.• Aplicación de lodo deshidratado.• Disposición en rellenos sanitarios.• Disposición en rellenos de desechos peligro.

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Alternativas dTecnológicas

EspesamientoDeshidratado mecánico

• Filtro prensa• Filtro banda• Decanters centrífugos

Lagunas de evaporaciónPonds de secadoLagunas de almacenamiento

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COMPARATIVA DE TECNOLOGÍAS

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Efectividad de Tecnologías

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Comparación de Tecnologías

Tecnología Ventajas Desventajas

Coagulación – Filtración • Hasta 90% de eficiencia de remoción de As+5.

• Especial para aguas con alto contenido de Fe y Mn.

• Baja inversión de capital.

• Limitada remoción de As+3.• Tipo y dosis de químicos

afectan la eficiencia.• Operadores entrenados.• Puede requerirse etapa de

pulido.• Problemas de disposición

de efluentes.

Ablandamiento con Cal • Alta remoción de As+5 con pH > 10,5.

• Químico de fácil disponibilidad..

• Complicado manejo.• Operadores entrenados.• Ajuste continuo de pH.• Problemas de disposición

de efluentes.

Alúmina Activada • Alta remoción de As+5, incluso con altos TDS. Eficiencia > 95%.

• Competencia con sulfatos y cloruros.

• Ajuste de pH.• Ensuciamiento con sólidos

suspendidos.• Generación de efluentes

potencialmente peligrosos.

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Comparación de Tecnologías

Tecnología Ventajas Desventajas

Intercambio Iónico • Según EPA corresponde a la mejor alternativa para pequeñas sistemas de aguas subterráneas con Sulfatos < 25 mg/L y TDS < 500 mg/L.

• No requiere ajuste de pH.• Resina específica.

• Sulfatos, TDS, Selenio, Fluoruro, Nitratos compiten con el As, pudiendo afectar el largo de carrera.

• La precipitación de Fe y los sólidos suspendidos causan taponamiento.

• La disposición del regenerante puede ser un problema.

• Determinación del agotamiento.

Osmosis Inversa/Nanofiltración

• Puede alcanzar uuna eficiencia de remoción superior al 95%

• Una baja recuperación se traduce en un mayor requerimiento de agua cruda.

• La descarga de l concentrado puede ser un problema.

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Comparación de Tecnologías

Tecnología Ventajas Desventajas

Electrodiálisis Reversa Puede alcanzar uuna eficiencia de remoción superior al 80%

• Una baja recuperación se traduce en un mayor requerimiento de agua cruda.

• NO tan competitiva como puede ser la OI o NF.

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