Remoción del arsénico en el agua de bebida y

HOJAS DE
DIVULGACIÓN TÉCNICA
HDT - No 96
Marzo 2005
ISSN: 1018-5119
REMOCIÓN DEL ARSÉNICO
EN EL AGUA DE BEBIDA Y
BIORREMEDIACIÓN DE SUELOS
María Luisa Castro de Esparza
Asesora Regional en Aseguramiento de la Calidad y Servicios Analíticos
CEPIS/SDE/OPS
1.
INTRODUCCIÓN
Varios países de América han
reportado la existencia de población
expuesta crónicamente a concentraciones de arsénico superiores a
las admitidas en el agua de bebida.
Tal es el caso de Canadá, Estados
Unidos de América, Chile, Perú, Bolivia, México y El Salvador. Algunos
de esos países han resuelto total o
parcialmente el problema, lo que ha
dependido de que la población
afectada fuera rural o urbana.
2.
TRATAMIENTO DEL AGUA
En general, el tratamiento del
agua potable está orientado a remover color, turbiedad y microorganismos de origen fecal. Esa remoción se logra a través de una combinación de procesos de coagulación, floculación, sedimentación,
filtración y desinfección. Pero
cuando se desea remover elementos químicos del agua, como el ar-
sénico, es necesario recurrir a métodos más complejos, como los señalados en el cuadro1:
Existen alrededor de 14 tecnologías para remover el arsénico del
agua, con eficiencias que van desde 70 hasta 99%. Los métodos de
coagulación-floculación y ablandamiento con cal son los más usados
en grandes sistemas y no se emplean exclusivamente para remover
el arsénico (Sandoval, L., 2000). En
pequeños sistemas se aplica el intercambio iónico, alúmina activada,
ósmosis inversa, nanofiltración y
electrodiálisis inversa. Las tecnologías emergentes son las que emplean arena recubierta con óxidos
de hierro, hidróxido férrico granular,
empaques de hierro, hierro modificado con azufre, filtración con zeolita, adición de hierro con filtración
directa y remoción convencional de
hierro y manganeso. La eficiencia
del proceso elegido depende de la
concentración inicial, del estado de
oxidación del arsénico y del pH.
Cuadro 1.
Técnicas para la remoción del arsénico
u
u
u
u
u
u
u
u
u
u
u
u
Oxidación-reducción
Separación sólido-líquido
Coagulación-adsorción con sales de hierro y aluminio
Intercambio iónico
Alúmina activada
Hierro y manganeso
Hidróxido férrico granular
Hierro con filtración directa
Ablandamiento con cal
Ósmosis inversa y nanofiltración
Electrodiálisis inversa
Procesos biológicos
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A continuación se describen algunos métodos para remover el arsénico.
2.1 Oxidación-reducción
Cuadro 2.
Eficiencia de coagulantes en
la remoción de arsénico
Coagulante
Arsenato, As+5
Remoción (%) pH
Mediante este proceso se oxida
el arsenito a arsenato para mejorar
su remoción en procesos complementarios. Se puede usar cloro,
dióxido de cloro, ozono y permanganato de potasio. La oxidación catalítica del As+3 es posible en presencia del óxido de cobre, carbón
activado y radiación ultravioleta
(UV). Uno de los inconvenientes de
este proceso es el tiempo de reacción. También es posible su oxidación biológica (Madiec, H., Cepero,
E., Mozziconacci, D., 2000) y por
medio de la acción catalítica de la
luz.
Intercambio iónico: Implica el
desplazamiento reversible de un ión
ligado a una superficie sólida por los
iones As+5 y As+3. Puede ser considerado como una forma especial de
adsorción, aunque con frecuencia
es considerado en forma separada.
2.2 Separación sólido-líquido
2.3 Coagulación-filtración
Los procesos de precipitación,
coprecipitación, adsorción e intercambio iónico pueden transferir el
arsénico de la fase disuelta a la fase
sólida. En algunos casos, el sólido
que provee la superficie de adsorción es grande y fijo, por ejemplo,
los granos de resina de intercambio
iónico, lo que requiere una separación adicional. Los sólidos formados in situ, a través de la precipitación o coagulación, se deben separar del agua por sedimentación o
filtración.
En las plantas de tratamiento
del agua, el As+5 puede ser removido
en forma efectiva tanto por coagulación con sulfato de aluminio o hierro, como por los procesos de
ablandamiento con cal y soda. Los
coagulantes señalados se hidrolizan y forman hidróxidos sobre los
cuales el As+5 se adsorbe y coprecipita con otros iones metálicos. De
acuerdo con la literatura, las aguas
naturales con gran cantidad de coloides requieren altas concentraciones de coagulantes para lograr las
eficiencias de remoción señaladas
en el cuadro 2:
Precipitación: El arsénico disuelto se transforma en un sólido de
baja solubilidad y se remueve por
sedimentación y filtración, por ejemplo, la precipitación del arsenato de
calcio. Durante la coagulación y floculación pueden coprecipitar algunos compuestos disueltos como el
arsénico, que luego se remueven
por filtración.
Adsorción e intercambio
iónico: Diversos materiales sólidos, incluidos los flóculos de hidróxido de hierro y aluminio adsorben
Arsenito As+3
Remoción (%) pH
sulfato férrico Fe2(SO4)3
100
< 9,0
20
< 9,0
Sulfato de aluminio Al2(SO4)3
90
< 7,0
50
< 7,0
el arsénico por un mecanismo de
adsorción de las superficies, para
que luego pueda ser removido del
agua.
documentado, tanto para la remoción de arsénico, como para los
compuestos disueltos y suspendidos del agua (turbiedad, hierro,
manganeso, fosfato y flúor). Con este método también se puede obtener reducciones de olor, color y precursores de trihalometanos. Sin embargo, las condiciones óptimas para
la remoción del arsénico dependen
de las características del agua y de
las condiciones del tratamiento.
Debido a la dificultad de remover As+3 por coagulación, se requiere su oxidación a As+5. En rangos de
pH alto y bajo, la eficiencia de este
método disminuye significativamente (Johnston, R., Heijnen, H.,
Wurzel, P., 2001). Un paso importante para asegurar la remoción del
arsénico es la filtración, por ejemplo, mediante el uso de filtros de
arena (Cheng, R., Liang, S., Wang,
H., Beuhler, M., 1994).
2.4 Coagulación-adsorción
El sulfato de aluminio es el coagulante más usado en el tratamiento del agua debido a su bajo costo y
manejo relativamente sencillo
(Avilés, M., Pardón, M., 2000), aunque también se usan el sulfato ferroso y férrico, el clorosulfato férrico, el cloruro férrico (Madiec, H.,
Cepero, E., Mozziconacci, D.,
2000), el alumbre y el carbonato de
magnesio. Esas sales se hidrolizan
en el agua y se transforman en hierro y aluminio, los que forman flóculos gelatinosos que facilitan el proceso de separación de los materiales disueltos y coloidales.
Se realiza con sales de hierro o
aluminio y es el tratamiento más
La remoción de As+5 con cloruro
férrico y pH 8-9 disminuye cuando
La remoción de arsénico con
procesos convencionales de coagulación que usan sales de aluminio
y hierro y ablandamiento con soda
depende de la concentración inicial
de este elemento, el pH del agua
tratada y el tipo y la dosis del coagulante.
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hay presencia de materia orgánica.
La eficiencia de la remoción de As+3
con cloruro férrico se ve afectada
por la composición del agua, la presencia de sulfato (pH 4-5) y materia
orgánica natural (pH 4-9). Durante
la remoción del arsénico son importantes los procesos de oxidación de
las formas de As+3 a As+5 y la adsorción del hidróxido férrico amorfo
que ocurre durante la coagulación
(Hering, J., Chen, y Col.; 1996 y
1997).
La remoción del As+5 con sales
de hierro y aluminio de igual concentración molar y un pH <7,5 son
igualmente efectivas. Sin embargo,
el hierro es mas efectivo que el
sulfato de aluminio para la remoción
de As+3 y As+5 a pH>7,5 y evita la
formación de residuos del coagulante si el pH está por encima de 8.
Un factor que limita la remoción de
As+5 son las bajas dosis del coagulante (Hering, J., Chen,y Col.,
1996).
El sulfato ferroso tiene mayor
efectividad y ventajas que el cloruro
ferroso debido a que los flóculos (de
buena calidad) de hidróxido de
hierro formados con el sulfato ferroso ayudan a una mejor filtración, lo
que evita el lavado frecuente de los
filtros. El Fe(II) es más fácil de usar y
de controlar que el Fe(III) en el proceso de coagulación porque requiere menor mantenimiento, se opera
con más facilidad y es más económico (Jekel, M., Seith, R., 2000).
Un hidrogel (hidróxido de aluminio) preparado en Alemania con
sulfato de aluminio hidratado, hipoclorito de calcio en polvo, hidróxido
de amonio y agua destilada puede
lograr la remoción casi total del
arsénico (<0,01 mg/L) (Luján, J.,
2001).
Remoción in situ del arsénico. El arsénico en aguas subte-
rráneas es móvil en condiciones reductoras, pero es posible su inmovilización si se crean condiciones
oxidantes en la superficie del acuífero. El acuífero subterráneo ha
sido usado como un reactor bioquímico natural, que no genera residuos ni lodos contaminados. La técnica es ideal para el arsénico, hierro, manganeso, amonio y otras
sustancias orgánicas. Según
Ahmed y Rahman, bajo condiciones
reductoras y en presencia de sulfuro, el arsénico puede precipitar y
formar sulfuros de arsénico insolubles (Johnston, R., Heijnen
Heijnen, H., Wurzel, P., 2001; Rott,
U., Friedle, M., 2000).
Se ha probado la eficiencia de
la remoción del arsénico de una
fuente de agua por coagulación con
sales de hierro y aluminio en dos situaciones: a) con formación de sólidos in situ y b) con adición de hidróxidos preformados en agua. La
remoción de As+5 in situ es cinco
veces más eficiente que con el uso
de los hidróxidos preformados. Esto
sugiere que el mecanismo de remoción del arsénico in situ es a través
del sólido formado con una gran
superficie de adsorción o por coprecipitación.
En Alemania, en 17 pozos contaminados de un acuífero con alto
contenido de arsénico, hierro+2 y bajo pH, se inyectaron 29 toneladas de
permanganato de potasio para oxidar el As+3 a As+5, que se precipitó y
adsorbió con los óxidos férricos formados. Las concentraciones de arsénico se redujeron de 13,6 a 0,060
mg/L (Johnston, R., Heijnen, H.,
Wurzel, P., 2001).
2.4 Intercambio iónico
En la remoción del arsénico, las
resinas de intercambio aniónico requeridas son de base débil y fuerte.
Las de base fuerte pueden remover
el arsenato del agua y producir un
efluente con menos de 0,001 mg/L
-3-
de arsénico. Este método no remueve el arsenito y permite la diferenciación analítica entre las especies de arsénico. Los principales interferentes del proceso son el sulfato y los sólidos disueltos totales y el
hierro y manganeso pueden provocar la obstrucción del lecho. El agua
requiere pretratamiento cuando se
presentan estos parámetros en
concentraciones altas.
La remoción del arsénico es
relativamente independiente del pH
y la concentración inicial de este
afluente es casi completa (85100%). Las ventajas de las resinas
de intercambio iónico son su fácil
regeneración con el cloruro de sodio, su amplio rango de pH y el mejoramiento de la calidad del agua
por la remoción de cromato, selenato, nitrato y nitrito. Este método es
relativamente costoso y la regeneración de la resina produce salmueras ricas en arsénico (EPA, 1997;
Johnston, R., Heijnen, H., Wurzel,
P., 2001; Vance, D., 2001).
Hay estudios piloto para la remoción combinada de As+5 y nitrato
del agua de bebida en Mc. Farland y
Hanford, California, Alburquerque y
Nuevo México; se han usado resinas selectivas de sulfatos con concentraciones iniciales de arsénico
de 0,010-0,015 mg/L. Se obtuvieron
concentraciones residuales menores de 0,002 mg/L y bajos niveles de
nitrato (EPA, 1997).
2.5 Alúmina activada
La técnica es efectiva para el
tratamiento del agua con alto contenido de sólidos disueltos. Sin embargo, el selenio, flúor, cloro y sulfato, en niveles altos, pueden competir con el arsénico por los sitios de
adsorción. La alúmina activada es
altamente selectiva para As+5, lo que
constituye un problema para su regeneración, con pérdida de 5 a 10%
de la capacidad de adsorción por
ciclo; la eficiencia de remoción del
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arsénico es mayor de 95%. La remoción del arsenato ocurre bajo
condiciones moderadamente ácidas (pH 5,5-6) y las superficies de la
alúmina están protonadas.
Este método es ineficiente para
la remoción completa de arsenito
debido al carácter no iónico en ese
rango de pH. Las aguas con alto
contenido de sólidos, hierro y manganeso requieren pretratamiento
para evitar la obstrucción del medio
(EPA, 1997; Johnston, R., Heijnen,
H., Wurzel, P., 2001; Vance, D.,
2002). Por lo general, este método
se recomienda para el tratamiento
de aguas subterráneas debido a la
alta carga de sólidos que pueden
tener las aguas superficiales.
Como en el agua subterránea
20 a 50% del arsénico está en forma
de arsenito, se requiere un proceso
previo de oxidación con hipoclorito
de sodio. Si el agua tiene hierro,
este se oxidará y propiciará la formación de compuestos insolubles
de hierro que adsorben el arsénico,
pero pueden separarse del agua
mediante filtración por arena. El arsénico restante soluble residual es
adsorbido por la alúmina activada
(Rivera, M., Cortés, J., Soberanis,
M., Martín, A., 2000).
remoción de arsénico, este puede
ser adicionado (EPA, 1997).
La oxidación para remover Fe+2
y Mn+2, conduce a la formación de
hidróxidos que remueven el arsénico soluble por reacciones de coprecipitación y adsorción. La producción de especies oxidadas de
Fe-Mn y la precipitación seguida de
los hidróxidos son análogas a la
coagulación in situ (la cantidad de
Fe o Mn removidos se traduce como
la dosis de coagulante). Con Fe+2 o
Mn+2 sin oxidar no se produce la remoción del arsénico.
y filtración con arena frecuentemente reduce el arsénico hasta el
nivel sugerido en las normas.
2.7 Hidróxido férrico granular
Cada 1 mg/L de Fe+2 removido
es capaz de adsorber 83% de un
afluente de 0,022 mg/L de As+5, lo
que produce un efluente con 0,0035
mg/L de arsénico. La precipitación
de 3 mg/L de Mn(II) podría producir
un efluente con 0,00375 mg/L de arsénico residual, en un afluente con
0,012 mg/L (Edwards, M., 1994).
El hidróxido férrico granular es
un b-FeOOH ligeramente cristalino,
que forma una suspensión de hidróxido de hierro, de forma irregular, cuyos granos llegan a medir
hasta 2 mm. Las superficies de las
partículas del hidróxido de hierro
granular adsorben As+5, en procesos independientes del pH, y disminuyen la capacidad de adsorción
con el incremento de este (aunque
se han obtenido buenos resultados
con pH 8). Comparado con la alúmina activada, esta técnica es mucho
más eficiente porque la carga es 10
veces mayor (promedio de carga
alrededor de 2 g As/Kg de peso seco). Además del arsénico también
adsorbe carbonato, silicato, fluoruro
y fosfato.
Para el agua subterránea con
alto contenido de hierro disuelto, el
tratamiento tradicional de aireación
Al comparar este método con
la floculación, se ha demostrado
que este ofrece alta confiabilidad
2.6 Hierro y manganeso
La geoquímica del arsénico revela que las altas concentraciones
de arsénico con frecuencia están
asociadas a altas concentraciones
de Fe+2 y Mn+2. Las fuentes de agua
que contienen hierro o manganeso
y arsénico pueden ser tratadas con
procedimientos convencionales
para la remoción de Fe/Mn. Estos
procesos pueden reducir significativamente el arsénico al remover el
hierro y el manganeso de la fuente
de agua mediante los mecanismos
que ocurren con la adición de hierro.
Cuando la concentración natural de
Fe y Mn no es suficiente para alcanzar el nivel necesario para la
Laboratorio donde se realiza la investigación de remoción del arsénico,
Lima, Perú
-4-
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operacional, mínimo de energía y
bajos niveles de inversión en la
planta. Su desventaja es que la producción es relativamente costosa
(Jekel, M., Seith, R., 2000).
La estabilidad del As+3 en las
estructuras de la goetita (a-FeOOH)
ha sido evaluada mediante técnicas
de espectroscopía de absorción de
rayos X y los resultados muestran
que la reactividad del As+3 con la
goetita es independiente del pH y
que se observa la formación de
complejos de As+3 bidentados, similares a otros oxianiones que también pueden ser adsorbidos.
2.8 Hierro con filtración directa
Este proceso consiste en la
adición de hierro (coagulación) seguida de filtración directa (sistema
de microfiltración), que remueven
consistentemente el arsénico hasta
0,002 mg/L. Los parámetros críticos
son las dosis del hierro, la potencia
del mezclado, el tiempo de retención y el pH (EPA, 1997).
2.9 Ablandamiento con cal
El ablandamiento con cal es un
proceso similar a la coagulación con
sales metálicas. La cal Ca(OH)2 se
hidroliza y reacciona con el ácido
carbónico para formar carbonato de
calcio, el cual actúa como el agente
adsorbente en la remoción de arsénico. Este proceso se usa solo con
aguas muy duras, con tratamiento y
pH en el rango de 10 a 12
(Johnston, R., Heijnen, H., Wurzel,
P., 2001). Esta técnica no es apropiada para sistemas pequeños debido a su alto costo (EPA, 1997).
La remoción (pruebas de jarras) de arsénico As+5 del agua
natural con una concentración de
0,4 mg/L es de 40-70% para un
rango de pH 9-10. En esos niveles,
la eficiencia de la remoción se incrementa cuando el ablandamiento
con cal es seguido por coagulación
con hierro. El ablandamiento con
cal en un rango de pH de 10,6-11,4
mostró una remoción de 95% de
As+5 en un agua con una concentración inicial entre 0.1 a 12 mg/L de
arsénico. (Kirchmer, C., Esparza
M.L. 1978).
El mecanismo principal en la
remoción de arsénico mediante el
ablandamiento con cal es la adsorción de este dentro del hidróxido de
magnesio que se forma durante el
ablandamiento. La remoción del
arsenato es excelente a pH >11. La
remoción de arsénico se mejora con
la adición de hierro, pero el carbonato disminuye el efecto. La presencia de cantidades traza de ortofosfato disminuye significativamente la
remoción de As con este método.
(McNeill, L., Edwards, M., 1997;
Kirchmer,C., Esparza M.L. 1979).
2.10 Ósmosis inversa y
nanofiltración
Proporciona eficiencias de remoción de 95% cuando la presión
de operación es de 1 psi ideal (75 a
250 psi). La remoción del arsénico
es independiente del pH y de la presencia de otros solutos. La membrana requiere que el agua a tratar
no contenga cantidades excesivas
de material coloidal, en especial
materia orgánica. En la nanofiltración, la eficiencia de remoción del
arsénico alcanza 90% (EPA, 1997;
Johnston, R., Heijnen, H., Wurzel,
P., 2001).
La remoción de contaminantes
inorgánicos, incluidos el arsénico,
se logra mediante sistemas de ósmosis inversa de alta (400 psi) y
baja presión (200 psi), con capacidad de tratar 1,82 L/s de agua.
Estos sistemas remueven As+5 entre
91 a 98% en reactores de alta presión y entre 77 a 87% en los de baja
presión. La eficiencia de remoción
para el As+3 en los sistemas de alta
presión es de 63 a 70% y en los de
baja presión, 12 a 35%. Con dife-
-5-
rentes tipos de membrana, la remoción de As+3 y As+5 varía entre 46 a
75% para concentraciones iniciales
de As+3 de 0,04 a 1,3 mg/L. En concentraciones de 0,11 a 1,9 mg/L con
el mismo tipo de membrana, se obtiene mayor eficiencia en la remoción del As+5 (98 a 99%)
(Viraraghavan, T., Subramanian, S.,
Swaminathan, V., 1994).
Las principales desventajas
son las bajas tasas de recuperación
de agua (10 a 20%), la necesidad de
operar con presiones bastante
altas, los costos altos de operación
y el agua tratada con muy bajos
niveles de sólidos disueltos, lo que
le confiere características corrosivas y bajos niveles de micronutrientes importantes para la salud humana (Johnston, R., Heijnen, H.,
Wurzel, P., 2001).
2.11 Electrodiálisis inversa
Se puede tener una eficiencia
de remoción hasta de 80%. En un
efluente de 0,021 mg/L de arsénico
se obtuvo una concentración residual de 0,003 mg/L. El porcentaje
de recuperación del agua tratada es
de 20 a 25% con respecto al afluente, lo que lo convierte en un problema para las regiones que tienen
escasez de agua. Esta técnica no
es competitiva con respecto a los
métodos de ósmosis inversa y nanofiltración en cuanto a costos y
eficiencia del proceso (EPA, 1997).
2.12 Procesos de remoción
biológica
Los estudios piloto muestran
que en condiciones óptimas de pH,
temperatura y oxígeno es posible la
filtración biológica y la eliminación
simultánea de As+3 y hierro. El
parámetro critico es la concentración inicial del hierro; a mayor concentración de este, la eficiencia de
la remoción del arsénico llega a ser
>90% y a menor concentración, la
eficiencia es de aproximadamente
HDT - CEPIS No 96, marzo 2005
También se están desarrollando métodos de filtración que emplean esporas para la remoción del
arsénico (Ioannis A. Katsoyiannis,
Anastasios I. Zouboulis, y Martin
Jekel, 2004).
3.
Investigación en la remoción de
arsénico con esporas, Lima, Perú.
40%. Para sistemas de agua con
bajas concentraciones de hierro es
recomendable adicionar sulfato ferroso para completar la remoción
del arsénico. El mecanismo principal es la fijación del As+3 en los óxidos de hierro producidos por la actividad bacteriana. La filtración biológica para el tratamiento del arsénico se puede aplicar a cualquier
sistema de agua subterránea para
la oxidación bacteriológica del hierro (Lehimas, F., Chapman, I.,
Bourgine, P., 1999).
EXPERIENCIAS EN
AMÉRICA LATINA
En Argentina, para la remoción del arsénico se han realizado
estudios de coagulación química en
la planta de tratamiento de agua de
Pompeya, San Antonio de los Cobres, departamento de Los Andes.
El agua con un contenido de arsénico entre 0,27 a 0,30 mg/L se trató
con sulfato de aluminio, cal hidratada y polielectrolito de sodio y se logró descender los tenores de arsénico hasta 0,12 0,15 mg/L. Para
lograr remover el arsénico a tenores
aceptables faltaría la adecuación de
la infraestructura de la planta y los
procesos de tratamiento (coagulación, floculación, sedimentación, filtración, desinfección) (Figueroa M.
E., Montes F. A., 1999).
En la provincia de Santa Fe se
evaluó un tratamiento de coagulación directa sobre filtro mediante
ensayos de laboratorio y de campo.
Se puso en marcha un filtro piloto
Capacitación en el uso de ALUFLOC en la Provincia de La Pampa, Argentina
-6-
con agua de un pozo seleccionado
por su alto contenido de arsénico
(0,27mg/L) y se obtuvo la disminución de la concentración de arsénico (Mozziconacci D., Madiec H.,
Cepero E., 1998). Asimismo, se detectó la presencia de arsénico en las
aguas subterráneas que sirven de
abastecimiento a 15 grandes ciudades de la provincia.
En México, el Instituto Mexicano de Tecnología del Agua ha adoptado una metodología basada en el
proceso de coagulación-floculación
(ALUFLOC, desarrollado por OPS/
CEPIS) para la remoción de arsénico en el agua de consumo humano.
Uno de sus objetivos fue definir la
dosis óptima del ayudante de coagulación, coagulante y oxidante; se
obtuvo agua con concentración de
arsénico muy cercana a lo indicado
por la norma (0,05mg/L) (Bedolla L.,
Avilés M., Tirado, Cortés J., 1999).
En Zimapán, Hidalgo, se realizó un estudio piloto para la remoción de arsénico. En investigaciones preliminares se identificó a la
hematita como un sorbente alternativo para la remoción. El estudio se
hizo en el pozo V de Zimapán, que
aporta 47% del agua distribuida a la
población y que contenía 0,5 a 0,9
mg/L de arsénico. Los resultados
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obtenidos en el campo comprobaron la eficacia de la hematita para la
remoción de arsénico y se registró
una concentración menor de 0,05
mg/L en el agua tratada (Petkova
Simeonova V., 1999).
En un informe de la OPS para el
estado de Durango se propusieron
técnicas para el medio rural y urbano. En el medio rural se propusieron
las técnicas de hueso molido y calsulfato de aluminio. Para el medio
urbano, especialmente para el área
central de México, se propusieron
fuentes alternas, mezclas de aguas,
hueso molido, alúmina activada y
ósmosis inversa (Solsona F., 1985).
También se desarrolló un estudio de remoción de arsénico disuelto en el agua por adsorción de sus
iones en precipitados metálicos con
aplicación de electrotratamiento. La
técnica utilizó un sistema con electrodos de hierro. Se trataron muestras de agua sintética en concentraciones de 0,5 a 2 ppm y se permitió
el paso de una corriente con un
voltaje entre 13,5 a 14 V. La relación
Fe-As con la que se operó y que
permitió eficiencias de remoción
superiores de 90% fue de 225 a
700. El pH estuvo entre 6 y 8, no
tuvo variaciones significativas al finalizar el experimento y la calidad
final del agua fue muy buena
(Álvarez, J., Rosas, L., 1999).
En Chile, se ha preparado una
reglamentación sobre niveles máximos de arsénico en agua potable,
que considera las condiciones
locales, los niveles máximos de
emisión en fundiciones, el área de
influencia y las opciones tecnológicas para reducir significativamente
esas emisiones.
En la década de 1970 se comenzaron a tomar medidas para
remover el arsénico de las fuentes
de agua superficiales que abastecían a la población de Antofagasta.
Actualmente, hay cuatro plantas de
remoción de arsénico del agua de
abastecimiento (0,40 mg/L) que tratan en conjunto 2.000 L/s y producen agua potable con 0,040 mg
As/L; solo queda por cubrir la población dispersa, constituida principalmente por grupos indígenas que todavía consumen agua con concentraciones elevadas de arsénico (0,6
mg/L). Para ellos se han investigado métodos simples de remoción de
arsénico y se están adoptando soluciones de acuerdo con sus necesidades y posibilidades.
La experiencia chilena en remoción de arsénico se resume a
continuación:
·
En aguas subterráneas de
Taltal (8.000 habitantes), la remoción se realiza mediante filtración directa con agregado de
coagulante FeCl3, lo que logra
reducir el contenido de arsénico hasta 0,03 mg/L.
·
En Lasana, la remoción se realiza mediante filtración directa
con agregado de coagulante
FeCl3, lo que reduce el contenido de arsénico de 0,05 a 0,005
mg/L. También se usan mallas
de hierro como fuente de agente coagulante y se logra reducir
el contenido de arsénico de 0,1
a 0,01 mg/L.
·
En Antofagasta (Complejo
Salar El Carmen), la remoción
se realiza mediante filtración
directa con agregado de coagu-
Tratamiento del
agua de pozos
con ALUFLOC en
el Chaco Salteño,
Argentina
-7-
lante FeCl3; el arsénico residual
en el agua tratada es de 0,0406
mg/L.
·
En Chiu-Chiu, la remoción se
realiza mediante filtración directa con agregado de coagulante FeCl3, lo que reduce el
contenido de arsénico de 0,2 a
0,62 mg/L. Mediante el uso de
mallas de hierro como agente
coagulante se reduce el contenido de arsénico de 0,2 a 0,02
mg/L.
·
En San Pedro de Atacama, la
remoción de arsénico se realizó a través de columnas con
mallas de hierro y luego filtración en lecho simple de arena
gruesa y arena fina, lo que redujo el contenido de arsénico
hasta un valor de 0,06 mg/L
(Sancha A. M., 1996).
En Perú, la planta de tratamiento de la ciudad de Ilo se construyó
en 1982 y fue diseñada para eliminar arsénico y turbiedad. Inicialmente se trataba con dosis masivas
de cal de 90%, pero esta operación
presentó muchas dificultades que
obligaron a buscar nuevos métodos
de tratamiento para reducir los costos, aumentar la eficiencia y mejorar
la calidad del agua tratada. Para la
eliminación de arsénico se investigaron y aplicaron tres métodos con
cloruro férrico; con hidróxido férrico
y ácido sulfúrico, y remoción de arsénico con alto pH, coagulación y
floculación con Mg(OH)2 natural.
HDT - CEPIS No 96, marzo 2005
Para remover en el nivel domiciliario el arsénico natural presente
en las aguas subterráneas que son
usadas como agua de bebida por la
población rural, el CEPIS/SDE/
OPS, desarrolló el producto
ALUFLOC, que es una mezcla de
un oxidante, arcillas activadas y un
coagulante (sulfato de aluminio o
cloruro férrico). Se lograron niveles
de remoción de hasta 98% con el
coagulante FeCl3 para concentraciones iniciales de arsénico de 1
mg/L. Para concentraciones menores de 1 mg/L se recomienda usar
el Al2(SO)3. Las mejores mezclas de
arcilla, coagulante y oxidante fueron: arcilla activada A (500 mg/L),
sulfato de aluminio (50 mg/L) y cloro
(5 mg/L), y arcilla activada B (1.000
mg/L), cloruro férrico (60 mg/L) y
cloro (50mg/L).
Se probaron tres tipos de reactores para la remoción; los mejores
mezcladores fueron el balde de eje
vertical y una botella con paleta de
20 L, en lugar del reactor con manivela. El estudio recomienda usar la
primera mezcla para la remoción
casera debido a su fácil manipulación (Castro de Esparza, M.L.,
Wong, M., 1998).
Cuando la concentración de
arsénico en el agua cruda es superior a 1,0 mg/L, la remoción de arsénico disminuye a medida que
aumenta la concentración inicial,
particularmente si se usa sulfato de
aluminio. La coagulación con sulfato de aluminio o cloruro férrico no
remueve en forma tan eficiente el
As+3 como en el caso del As+5. El primero requiere oxidación preliminar
para ser removido por coagulación
convencional o ablandamiento con
cal o soda.
Con la precloración se obtiene
una remoción del As+3 similar a la alcanzada para el As+5 con el mismo
tratamiento; las constantes de disociación del As+5 son menores que las
del As+3 y por lo tanto su disociación
es mayor. La eficiencia de remoción
de As+5 comparada con la de As+3
justifica la oxidación del agua subterránea antes del tratamiento. La
oxidación del As+3 a As+5 se produce
según las siguientes reacciones
1. H3AsO3 + H 2O +[Ox] H2AsO4- + 3H+
2. H3AsO3 + H 2O + [Ox] HAsO4-2 + 4H+
Después de la oxidación, el As+5
se debe adsorber en los flóculos
formados por la coagulación de los
coloides presentes en la masa de
agua por acción del hidróxido de
aluminio o del hierro. Probablemente la adsorción se produzca más por
un efecto físico que químico debido
a las fuerzas de atracción superficiales que posibilitan el fenómeno.
En el Perú se han realizado estudios sobre:
·
Probables mecanismos de remoción.
·
Probable mecanismo de remoción por adsorción a través
de la superficie del complejo
arcilla-hidróxido.
·
Condiciones de máxima eficiencia.
La Universidad Nacional de Ingeniería y el Instituto Peruano de
Energía Nuclear implementaron
una técnica de remoción del arsénico por irradiación solar y luz ultravioleta (UV) de una lámpara. Para
concentraciones de arsénico de
hasta 500 ppb y con una relación
molar Fe2+/citrato de 1,8, se logra remover 95% de arsénico después de
cuatro horas de irradiación solar o
UV de 7,5 mW/cm2. Los resultados
obtenidos muestran que el método
es factible de ser aplicado en zonas
rurales debido a su simplicidad
operativa y económica.
-8-
4.
TRATAMIENTO DE SUELOS
4.1 Fitorremediación
La fitorremediación en los últimos años se ha constituido en la
técnica más eficiente y económica
para la recuperación de suelos contaminados. Consiste en plantar en
las zonas contaminadas determinadas especies de vegetales con reconocida capacidad para absorber
y concentrar sustancias tóxicas. Estas especies son conocidas como
hiperacumuladoras. Las plantas
pueden ayudar a limpiar varios tipos
de contaminación por metales, plaguicidas, explosivos y aceite; remueven los contaminantes del terreno cuando sus raíces toman el
agua y los nutrientes del suelo contaminado y del agua subterránea
contaminada.
Las plantas pueden limpiar
mejor los contaminantes del terreno
cuando sus raíces alcanzan mayor
profundidad. Una vez dentro de la
planta los contaminantes pueden
estar almacenados en las raíces,
tallos y hojas, convertidos en contaminantes menos dañinos o convertidos en gases que se liberan al aire
cuando la planta transpira.
El tiempo que toma limpiar el
terreno dependerá de varios factores, como las especies y número de
plantas que se usen; clase y cantidades de contaminantes presentes;
tamaño y profundidad del área contaminada; características del suelo
y condiciones presentes.
Esos factores varían según el
sitio. Las plantas pueden ser reemplazadas si son destruidas por el clima o los animales, lo que demorará
la limpieza del terreno. Frecuentemente, limpiar un terreno mediante
la fitorremediación tarda varios
años.
La EPA usa la fitorremediación
por las ventajas que ofrece. Esta
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Helecho Pteris vittata.
requiere menos equipos y trabajo
que otros métodos, ya que las plantas hacen la mayoría del trabajo. El
sitio puede ser limpiado sin necesidad de remover el terreno ni bombear el agua subterránea contaminada. Esto permite evitar el contacto de los contaminantes con los trabajadores. La fitorremediación se
ha probado satisfactoriamente en
varias localidades (UFNEWS,
2001).
4.2 Un helecho para limpiar
arsénico.
Un equipo de científicos de la
Universidad de La Florida descubrió el helecho Pteris vittata, que
absorbe arsénico del suelo contaminado. Esta es la primera planta
que se ha encontrado que hiperacumula arsénico, es decir, que puede usarlo como parte de su alimentación. Se cultiva fácilmente y prefiere los climas soleados y el suelo
alcalino. Esto último favorece la
absorción del metaloide, ya que el
arsénico puede ser extraído mas fácilmente en condiciones alcalinas.
El helecho no solo absorbe arsénico, sino que lo hace con gran
eficiencia. En las pruebas se encontraron niveles de hasta 200 veces
superiores a las concentraciones
medidas en los suelos contamina-
Helecho que absorbe arsénico de los
suelos contaminados
dos donde creció el helecho. En un
sitio contaminado por madera tratada con solución de cromo, cobre y
arsénico, el suelo presentó una concentración de 38,9 mg/k de arsénico, mientras que el helecho presentó 7.526 mg/k de arsénico. En
pruebas que utilizaron suelo artificial contaminado con arsénico, las
concentraciones del metaloide en
las hojas del helecho alcanzaron
22.630 mg/k de arsénico, lo que significa que 2,3% de la planta estaba
compuesta por arsénico.
Un hecho sorprendente es que
el helecho acumula arsénico inclusive en suelos que contienen niveles normales de arsénico de menos
de 1 mg/k. Por ejemplo, una planta
de helecho presentó 136 mg/k en
las hojas y el suelo solo tenía 0,47
mg/k de arsénico. Según lo observado, la planta crece y se desarrolla
mucho mejor en suelos que contienen arsénico que en suelos que no
lo tienen, aunque todavía no han
concluido que la planta necesite
arsénico para vivir.
Debido a que el helecho acumula 90% del arsénico en sus hojas
y tallos, la estrategia sería sembrar
la planta en lugares contaminados,
luego cosechar las hojas y los tallos
y transferirlas a una instalación autorizada para residuos peligrosos. Lo
-9-
que todavía se desconoce es por
qué el helecho acumula arsénico;
las investigaciones futuras se enfocarán sobre cómo la planta lo toma,
distribuye y detoxifica el arsénico
(Sandoval, L., 2000; ICPMS, 2002).
4.3 Tratamiento de sedimentos
y lodos (residuos)
Las tecnologías de tratamiento
para remover arsénico, así como
las actividades industriales generan
residuos con alto contenido de arsénico. Este hecho conlleva a la búsqueda de soluciones para recuperar
y estabilizar el arsénico o minimizar
el alto riesgo de contaminación que
representa. Existen varias tecnologías para ello; la precipitación de
hidróxidos es efectiva y económica
para remover metales pesados, ya
que separa los precipitados por sedimentación y filtración y usa generalmente cal y sosa cáustica. La
desventaja es la cantidad de residuos generados y su disposición.
Otra opción sería la precipitación
con sulfuros, que logra alta eficiencia en la remoción y los compuestos formados son insolubles;
para que la remoción del arsénico
sea mas eficiente, el proceso se
realiza con un pH <7. Sin embargo,
su uso se ha limitado debido a la
toxicidad y al olor que genera el H2S.
La fijación química y la solidificación
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ofrecen muchas ventajas, como
mejorar las características de manejo y producir un material sólido lo
suficientemente fuerte para su disposición. Esta tecnología se usa para destoxificar, inmovilizar e insolubilizar, en otras palabras, para hacer el residuo menos peligroso para
el ambiente (Sandoval, L., 2000).
En México se ha hecho un estudio que propone obtener un compuesto de arsénico insoluble y que
también se puede emplear como
materia prima en la formulación de
otros compuestos solidificados para
su uso en la construcción o disposición en un relleno sanitario
(Sandoval, L., 2000).
5.
CONCLUSIONES Y
RECOMENDACIONES
En la selección de la tecnología
más adecuada para la remoción del
arsénico hay que tener en cuanta la
aceptación por parte de la comunidad y la capacidad de esta para financiar su implementación. También hay que considerar las características de las fuentes de agua, su
tratamiento, distribución y consumo.
La población más afectada es
la que se encuentra dispersa en el
área rural que consume agua sin
ningún tratamiento y desconoce el
riesgo al que está expuesto. Se requiere que las autoridades de salud,
de planificación y de servicios de
agua, entre otras, lleven a cabo programas de prevención y control de
riesgos del consumo del agua con
niveles de arsénico superiores a los
recomendados por las normas de
calidad del agua de bebida. Los programas deben involucrar la participación de las autoridades, de la comunidad y de los sistemas locales
de salud.
Es necesario desarrollar estudios piloto en forma permanente y
sostenida hasta lograr una solución
definitiva que pueda ser recomendada para su implementación en los
programas nacionales de remoción
de arsénico en el agua de bebida.
Se requieren estudios que vayan más allá de la escala de laboratorio, estudios epidemiológicos y
dar a conocer las experiencias de
América Latina en este campo.
6.
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