aplicación de procesos de coagulacion-filtracion para

APLICACIÓN DE PROCESOS DE COAGULACION-FILTRACION PARA REMOVER
ARSENICO DE AGUAS DE BAJA TURBIEDAD QUE ABASTECEN POBLACIONES
PEQUEÑAS ó < 10000 HABITANTES
INTRODUCCION
El consumo de agua potable con arsénico podría producir, en el largo plazo, de acuerdo a
estudios publicados recientemente (1) (2) (3), serios problemas de salud por lo que es
necesario removerlo del agua potable (4).
Cuando la fuente de agua contaminada es subterránea, la remoción de As puede resultar
una tarea compleja y costosa (5). Muchas poblaciones de <10000 habitantes usan agua
subterránea como fuente de abastecimiento, es decir, aguas con muy baja turbiedad por
lo que, en general, no requieren tratamientos y solo son desinfectadas antes de su
distribución. En el caso que el agua subterránea presente As en concentración superior a
0,010 mg/l, limite recomendado por la OMS (6), el abastecimiento de agua potable a la
población se complica bastante ya que para cumplir con esta regulación será necesario
pasar de un sistema que nunca ha requerido de tratamiento y por tanto no cuenta con
infraestructura de tratamiento, a un sistema que si lo requiere y por tanto demandaría
costos de inversión adicionales y una operación mas especializada (7).
La literatura reciente informa de muchos métodos para remover arsénico del agua. El
método dependerá de la cantidad de agua a tratar, de la concentración y forma del As, de
la presencia de otros constituyentes iónicos y del grado de sofisticación que pueda ser
aplicado al sistema.
La USEPA identifica como las mejores tecnologías para remover As (V): intercambio
iónico, separación por membrana, electrodiálisis reversa, adsorción en alúmina activada y
coagulación-filtración (8). En el caso específico de aguas subterráneas, USEPA
recomienda osmosis inversa, resinas de intercambio y ablandamiento con cal. Muchos de
estos tratamientos son de alto costo y su eficiencia puede resultar disminuida por
presencia, en el agua cruda, de iones competidores por los sitios de
adsorción/intercambio. Otros sólo se podrán usar con ciertas calidades de agua (8). En
cualquier caso los costos de remoción serán altos a menos que se encuentren
tecnologías innovativas.
Dado que en Chile se tienen muchos años de experiencia en remoción de arsénico,
mediante procesos de coagulación convencional, se ha investigado, para el caso de
aguas de baja turbiedad, el empleo de este mismo proceso de coagulación, pero
simplificado eliminando la floculación y decantación, lo que reduce el área requerida y los
costos de construcción, operación y mantención del proceso. El manejo y disposición de
los lodos generados en el tratamiento seguirá siendo un importante desafío.
METODOS
El método de coagulación simplificado requiere adición de una dosis baja de coagulante
que genere la formación de hidróxidos metálicos sobre los que se adsorba el As. Estos
flocs-As podrán ser separados del agua por una filtración en lecho mixto arena-carbón o
arena antracita. El éxito de la remoción de As radicará en la calidad del agua cruda (pH y
estado de oxidación del As) y en la eficiencia del proceso de filtración. Esto último
significa que la presencia de turbiedad residual podría considerarse un indicador indirecto
de arsénico residual.
Este método de remoción de arsénico se experimentó con aguas subterráneas del Norte y
Centro del país cuya calidad físico-química se muestra en Tabla 1. Las experiencias se
hicieron a escala de planta piloto (Fig. N°1), constituida por un estanque de mezcla y un
filtro piloto cuyas condiciones de operación se muestran en Tabla N°2. La dosis óptima de
coagulante a utilizar y la necesidad de pretratamientos de oxidación y ajuste de pH se
investigó previamente, a nivel de prueba de jarras. La determinación de As se hizo por
absorción atómica-horno de grafito.
Figura 1: Planta Piloto Coagulación Simplificada
TABLA N°1
CALIDAD DE AGUAS SUBTERRANEAS
pH
As (mg/l)
SDT (mg/l)
Alcalinidad (mg/l Ca CO3)
Manganeso (mg/l Mn)
Dureza (mg/l Ca CO3/)
Turbiedad (UNT)
Silice (mg/l Si O2)
Sulfato (mg/l SO4)
Fosfato (mg/l PO4)
Agua-Norte
7.7
0.070
730-790
56
0.2
388
<2.0
-
Agua-Centro
9.01
0.055
63
<0.038
35
16.4
45
<0.092
TABLA N°2
CONDICIONES DEL PROCESO DE COAGULACION-FILTRACION
A ESCALA DE PLANTA PILTO
Agua Cruda
Agua-Norte
pH
As
Oxidación
Ajuste pH
Dosis coagulante (mg/l Fe Cl3)
Agua-Centro
7.7
0.070
Pretratamiento
9.01
0.055
Norte
Centro
Si
No
Coagulación
No
Si
4
8
Filtración
10
5
Tasa filtración (m3/m2 d)
Carrera filtros (h)
Tasa lavado filtros (l/s m2)
Tiempo de lavado (min)
Material del lecho
Operación del filtro
150
70 h
10
10
arena-carbón chileno
continua
Agua Tratada
264-312
8
15
16
arena-antracita
discontinua
As residual (mg/l As)
0.03 (4 mg/l Fe Cl3)
0.005 (8 mg/l Fe Cl3)
0.004 (10 mg/l Fe Cl3)
0.011 (5 mg Fe Cl3)
Las experiencias con Agua-Norte fueron realizadas a inicios de los 90s (9) y las con
Aguas-Centro en 2003 (10). En el caso del Agua-Norte por limitaciones de disponibilidad
de agua, ya que se trata de una zona desértica, se recirculó el agua clara de lavado de
filtros, en el caso del Agua- Centro esto no se hizo.
RESULTADOS Y DISCUSION
Las Figuras N° 1, 2 y 3 muestran los resultados obtenidos con ambas aguas. El método
de coagulación simplificado mostró siempre una muy buena eficiencia para remover As de
aguas de baja turbiedad. La estabilidad de los resultados mejora si no se recircula el agua
de lavado de los filtros. Para el Agua-Centro se obtuvo, en forma consistente As residual
inferior a 0.001 mg/l.
En el caso del Agua-Norte los buenos resultados obtenidos en los 90s en la planta piloto,
llevaron a la construcción de una planta de tratamiento de 32L/s que está funcionando
desde 1998 (Fig. N°2) con procesos de pre-oxidación-coagulación/adsorción y filtración.
El tratamiento entrega aguas con As < 0.00x. Esta planta Agua-Norte consta de 4 filtros
(2,5 m de altura y 1,2 m de diámetro) cuyo lecho filtrante está formado por 0,4 m de arena
0,14
Agua Cruda
Agua Tratada
0,12
10 mg/l
FeCl3
Arsénico (mg/l)
0,10
5 mg/l
FeCl3
NORMA
CHILENA
0,08
0,06
0,04
0,02
0,00
7650
7700
7750
7800
7850
7900
7950
8000
Vol. Agua tratada / Vol. Lecho
Figura 1. Resultados obtenidos en la planta piloto con Agua Centro
0,14
Agua.Cruda
Agua Tratada
0,12
20 mg/l
FeCl3
2 mg/l
FeCl3
Arsénico (mg/l)
0,1
12 mg/l
FeCl3
0,08
0,06
4 mg/l
FeCl3
1 mg/l
FeCl3
0,04
8 mg/l
FeCl3
6 mg/l
FeCl3
0,02
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Tiempo (Hrs)
Figura 2: Resultados obtenidos en planta piloto con agua Norte
50
0,07
Agua Tratada
0,06
Arsénico (mg/l)
0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
0
Ene-00
Jun-00
Nov-00
Abr-01
Sep-01
Feb-02
Jul-02
Dic-02
May-03
Fechas (meses)
Figura 3: Resultados obtenidos en planta real con Agua Norte Período 2000-2003
y 1.0 m de carbón nacional. Desde su puesta en marcha condiciones de operación se han
estado variando para optimizar la eficiencia de remoción de As (Fig. 3 ) mas allá de lo que
exige la regulación actual (0.050 mg/l) sobre concentración de arsénico en el agua
potable.
En el caso del Agua-Centro el tratamiento propuesto para la remoción de As a escala de
planta incluye pre-oxidación-ajuste de pH-coagulación/adsorción y filtración. El tratamiento
propuesto está siendo optimizado y evaluado económicamente dado que, de acuerdo a la
regulación chilena, serán los consumidores quienes en definitiva pagarán el costo de este
tratamiento.
CONCLUSIONES
Los resultados muestran la efectividad del proceso de coagulación simplificada para
remover As de aguas de baja turbiedad, como es el caso de las aguas subterráneas. El
éxito del proceso depende, principalmente del diseño del sistema de tratamiento que debe
asegurar la formación de los microflocs (tiempo de contacto y velocidad de mezcla) que
adsorben el As y la separación de éstos de la fase líquida durante el proceso de filtración.
El acondicionamiento previo del pH de agua cruda no siempre sería necesario ya que
muchas aguas presentan, naturalmente, el pH en el rango requerido. La oxidación con
Cl2 es un pretratamiento que siempre será recomendable para asegurar presencia de As
(V) y proteger el medio filtrante de crecimientos biológicos.
El proceso de coagulación simplificada utiliza reactivos, a dosis reducidas, normalmente
usados en tratamiento de aguas. El tratamiento genera lodos cuya concentración de As
estará directa en relación con el volumen de agua tratada, en el proceso de coagulaciónfiltración, volumen de agua usada en el lavado y eficiencia de remoción alcanzada. El
arsénico removido podrá ser eliminado en solución o en fase sólida. En ambos casos se
deberán tomar las precauciones indicadas para el manejo de residuos tóxicos.
Una ventaja adicional de este método de remoción de arsénico es que requiere de un
operador de calificación media. La operación puede controlarse, diariamente, mediante el
uso de equipos de terreno para medición de arsénico y equipos “on line” para medición de
turbiedad residual.
AGRADECIMIENTOS
REFERENCIAS
World Health Organization WHO (1993) Guidelines for Drinking Water Quality.
Recommendations, Vol 1, 2nd ed.
Sancha A.M. (2003). Removing arsenic from drinking water: a brief review of some
lessons learned and gaps arisen in chilean water utilities In: Arsenic Exposure and Health
Effects V. W.R. Chappel, C.O. , Abernathy, R. C. Calderon editors  2003 Elservier
Science Ltd. Chapter 36, 469-473.
Ruiz G., Perez O., Sancha A.M. (1992). Direct filtration for the treatment of groundwater
with Arsenic in Chile. XXIII Congreso Interamericano de Ingeniería Sanitaria y Ambiental.
La Habana, Cuba (In Spanish).
Fuentealba C. (2003). Pilot Plant to remove Arsenic from a groundwater source of potable
water. Undergraduate Thesis. Dep. Civil Eng. Universidad de Chile (In Spanish).