el camino para reducir notoriamente el arsénico en el

Revista AIDIS-Chile
ARTÍCULOS TÉCNICOS
ESSAN:
El camino para reducir notoriamente
el arsénico en el agua potable*
José Antonio Granada Meneses, Walter Elías Cerda Acuña, David Aníbal Godoy Andrade**
Tras tres años de arduos trabajos, análisis y
comparación de muestras y resultados,
ESSAN logró que la concentración de
arsénico en el agua potable bajara al
mínimo propuesto por la Organización
Mundial de la Salud de 0,01 mg/L. Esto no
solo está muy por debajo del límite
máximo permitido en Chile (0.05 mg/L),
sino que representa un avance aún no
logrado en otros lugares del planeta
afectados por el hidroarsenicismo.
comienzos de la década de los ‘70, la
Empresa de Servicios Sanitarios de
Antofagasta S.A. (ESSAN) –sensible
ante las necesidades y exigencias de sus
clientes– inició una serie de grandes
esfuerzos para mejorar la calidad del
agua potable con que abastece a las ciudades de
su territorio operacional en la Segunda Región.
Esto guarda relación, en especial, con las
concentraciones de arsénico, metaloide presente
de forma natural en las aguas crudas de los ríos
superficiales y napas subterráneas que capta
A
ESSAN para suministrar el líquido en los
domicilios de los habitantes nortinos.
El primer paso al respecto se dio en 1970,
cuando se instaló la Planta de Filtros Salar del
Carmen (en el sector norte de Antofagasta),
infraestructura que permitió dar cumplimiento a
la legislación de Salud vigente a esa fecha, que
solo permitía una concentración máxima de 0,12
mg/L de arsénico disuelto en agua.
Un segundo paso se da el año 1978, fecha en
que se construye la Planta de Filtros Cerro
Topater (sector oriente de Calama), que
suministra agua potable a la capital de El Loa y a
la ciudad de Tocopilla.
Con mayores exigencias sanitarias y de acuerdo
a la Norma Chilena para Agua Potable 409 (Of.
84, de 1984), que corrigió los valores de arsénico
permitido en el agua rebajando la concentración a
solo 0,05 mg/L, ESSAN habilita en 1988 una
segunda planta abatidora del metal pesado en
Antofagasta, para asegurar que se diera estricto
cumplimiento a la ley y para proteger la salud de
los clientes.
Los estudios y experiencias indicaban que,
dados los valores de arsénico en el agua cruda, el
diseño de las plantas abatidoras que estaban en
*Editado por revista AIDIS-Chile a partir de la ponencia “Conversión de procesos en plantas de filtros abatidoras de arsénico para lograr
residuales menores a 0.01 mg/l”, premiada como “Mejor Trabajo presentado al XV Congreso Chileno de Ingeniería Sanitaria y Ambiental”
(AIDIS, Concepción, octubre 2003)
**(José Granada M, Administrador Planta de Filtros Salar del Carmen, Antofagasta, Walter Cerda A., Administrador Planta de Filtros Cerro
Topater Calama, David Godoy A., Administrador Oficina Taltal) Empresa de Servicios Sanitarios de Antofagasta. E-mail: [email protected];
[email protected]; [email protected]
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pp: 44 - 49
Diciembre 2003
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ARTÍCULOS TÉCNICOS
servicio no podrían generar una disminución
menor del metaloide a 0,03 mg/L, a no ser que se
optara por otras tecnologías que harían
antieconómica su aplicación (osmosis inversa por
ejemplo) o que produjera un alza en los costos de
producción, afectando por otra vía a los clientes.
Pese a las dificultades técnicas planteadas en
teoría, ESSAN S.A. se propuso como objetivo
continuar disminuyendo la concentración de
arsénico en el agua potable, sin que esto tuviera
repercusiones negativas para la población
atendida, como las ya mencionadas.
De esta forma, disponiendo recursos
económicos y perfeccionando el recurso humano,
con investigación y cambio en sus procesos, se
fijó como meta la ambiciosa cifra de solo 0,01
mg/L de arsénico en el agua potable, cantidad
recomendada por la Organización Mundial de la
Salud (OMS) el año 1993.
Tras arduos trabajos, análisis, comparación de
muestras y resultados, al cabo de 3 años los
profesionales y técnicos de ESSAN lograron que
la concentración de este metal bajara al mínimo
propuesto de 0,01 mg/L, lo que sitúa nuestro
producto –el agua potable– muy por debajo del
límite máximo permitido en Chile.
Esta meta significa un verdadero logro en
materia sanitaria, ya que en otros lugares del
planeta afectados por el hidroarsenicismo -como
Argentina, Bangladesh, China, Estados Unidos y
México- están aún lejos de obtener cifras como
las logradas en Antofagasta. De hecho, esta
experiencia representa un adelanto de tres años
con respecto a Estados Unidos donde, de acuerdo
a la Agencia de Protección Ambiental (EPA), se
plantea la obligación de llegar a esta
concentración a partir del 23 de enero del 2006.
Antecedentes del abastecimiento de agua
potable en la II Región
•Infraestructura para el suministro de agua
potable
Para las ciudades de Antofagasta, Calama,
Tocopilla y Mejillones ESSAN cuenta con: tres
captaciones superficiales ubicadas en la zona
precordillerana, dos en el río Loa (Lequena y
Quinchamale) y una en el río Toconce (Toconce);
una captación superficial ubicada en el río Loa
Diciembre 2003
(Puente Negro), pero situada en el límite del radio
urbano de la ciudad de Calama; tres plantas de
tratamiento encargadas de purificar el agua de las
captaciones superficiales, una en la ciudad de
Calama y dos en Antofagasta. A esto se suman
1.070 kilómetros de tuberías de conducción del
agua, desde los puntos de captación hasta las
Plantas de tratamiento, que atraviesan de manera
transversal casi toda la II Región, y 44 estanques
de distribución y regulación de caudal.
Para el caso de la ciudad de Taltal, se cuenta
con una captación de agua subterránea mediante
cinco sondajes ubicados en Agua Verde, distante
70 km de Taltal, la cual cuenta con una planta de
filtros a presión con capacidad para 32 L/s, que
entró en operaciones en octubre de 1998. El
tratamiento que se realiza para remover el
arsénico es del tipo filtración directa con etapas
de oxidación, adsorción y filtración.
• Niveles de arsénico
A mediados de 1970, se puso en servicio la
Planta de Salar del Carmen Antigua de
Antofagasta, con el objeto de abatir el Arsénico
del agua de Toconce (0,8 - 0,9 mg/L) hasta una
concentración igual o menor a 0,12 mg/L, límite
máximo establecido por la Norma Chilena para
agua potable, NCh 409 Of 70 vigente en esa
época, requisito que se cumplió a cabalidad dada
la eficiencia del proceso de remoción de arsénico
en la planta de tratamiento.
Posteriormente, desde el año 1985 adelante, el
contenido de arsénico en el agua potable
entregada al consumo de los habitantes de las
localidades urbanas abastecidas por ESSAN S.A.,
es igual o inferior a 0,05 mg/L, límite máximo
establecido por la Norma Chilena 409 Of 84,
actualmente vigente.
En 1997 ESSAN comienza a experimentar
cambios para reducir más aún la cantidad de
arsénico presente en el agua, realizando
aplicaciones concretas en los últimos cuatro años.
Los esfuerzos orientados a este objetivo se
realizan tanto en las plantas de tratamiento
convencionales de Antofagasta y Calama (ver
Recuadro 1 con detalles del proceso y los
cambios) como en la planta de filtración directa
de Taltal (ver Recuadro 2).
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ARTÍCULOS TÉCNICOS
Cuadro 1
Reducción de Arsénico en el agua potable
AÑO
As, en AGUA
CRUDA DE
INGRESO, (mg/L)
As en AGUA
POTABLE, (mg/L)
2000
2001
2002
0.46
0.48
0.43
Antofagasta
0.038
0.028
0.020
Calama
0.039
0.023
0.015
Antofagasta
32.8
35.1
37.5
Calama
26,0
31,4
29,1
2003
0.46
0.008
0.006
56.1
40,5
Resultados
DOSIS DE FeCl3, ppm
Concentración de As en Agua Potable Calama
Años 2000 - 2003
mg/L
0,06
46
0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
May-03
Jul-03
Jul-03
Mar-03
Abr-03
Ene-03
Nov-02
Sep-02
Jul-02
May-02
Mar-02
Ene-02
Nov-01
Sep-01
Jul-01
May-01
Mar-01
Ene-01
Nov-00
Sep-00
Jul-00
May-00
Mar-00
Ene-00
0
Concentración de As en Agua Potable Antofagasta
Años 2000 - 2003
0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
Ene-03
Oct-02
Jul-02
Abr-02
Ene-02
Oct-01
Jul-01
Abr-01
Ene-01
Oct-00
Jul-00
Ene-00
Abr-00
0
Concentración de As en Agua Potable Taltal
Años 2000 - 2003
0,07
0,06
0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
Jul-03
May-03
Mar-03
Ene-03
Nov-02
Sep-02
Jul-02
May-02
Mar-02
Ene-02
Nov-01
Sep-01
Jul-01
May-01
Mar-01
Ene-01
Nov-00
Sep-00
Jul-00
May-00
Mar-00
0
Ene-00
Considerando los últimos cuatro años y el
mejoramiento continuo de la calidad del agua, se
han logrado notorias reducciones de las
concentraciones de arsénico en las aguas
producidas en las plantas de Antofagasta, con que
se abastecen los habitantes de Antofagasta y
Mejillones; en la planta de Calama que abastece a
Calama, Pampas Salitreras y Tocopilla y la planta
de Taltal, como los muestran el Cuadro Nº1 y los
gráficos
El proceso para pasar de producir agua con
0,05 mg/L de arsénico a una con 0,01 mg/L, ha
significado un aumento paulatino de los costos de
producción a través de los 3 años, los que en la
Planta de Filtros Salar del Carmen de Antofagasta
se han traducido en un incremento de 71,34%,
correspondiente al aumento de 32,76 a 56,13mg/
L de cloruro férrico
En la Planta de Filtros Cerro Topater la dosis de
cloruro férrico ha sufrido un aumento de 26 a
40mg/L. Este menor aumento se explica por la
introducción de la dosificación de ácido sulfúrico
en esta planta de tratamiento, proyecto que a
partir del año 2004 se implementará en la Planta
de Filtros Salar del Carmen.
Los costos han sido absorbidos por ESSAN
S.A., evitando traspasarlos a la población. Estos
aumentos de costos en las plantas de tratamiento
están siendo abordados con proyectos novedosos,
como la dosificación de ácido sulfúrico, para que
el impacto en los resultados de la empresa sea
menor.
El mejoramiento de la calidad del agua potable
ha sido posible en buena medida por el trabajo
interactivo entre las distintas áreas involucradas,
que han permitido llevar a buen término el
proyecto.
Un importante aspecto de mencionar es el
contar con equipos de medición de la
concentración de arsénico adecuados para
responder a los cambios en forma oportuna y
eficiente.
Sin duda que estos resultados nos sitúan como
líderes mundiales en la solución de un problema
importante para las comunidades, reflejando el
compromiso regional de ESSAN S.A. al atacar
Diciembre 2003
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ARTÍCULOS TÉCNICOS
Recuadro 1
Reducción del arsénico en las plantas convencionales – Antofagasta y Calama
EL PROCESO Y LA
INFRAESTRUCTURA
Las plantas de tratamiento
convencional de ESSAN S.A.,
diseñadas por la firma Berkefeld
Filter de Alemania, tienen como
principal objetivo disminuir los
altos contenidos de arsénico de
las aguas crudas con que se
nutren (0,15 a 0,90 mg/L). Para
la remoción del arsénico se
aplican los siguientes procesos:
1. Oxidación: Agregado de
cloro, para oxidar As+3 a As+5.
2. Adsorción: Agregado de
cloruro férrico para la adsorción
del As.
3. Floculación: Formación y
crecimiento de flóculos
(suspensión de hidróxido de
hierro con arsénico adsorbido).
4. Decantación: Eliminación de
arsénico mediante la
sedimentación de los flóculos de
mayor tamaño.
5. Filtración: Eliminación de
arsénico mediante la filtración
de los flóculos de menor tamaño
y que no pudieron eliminarse en
la etapa de decantación.
Ingreso de agua a las plantas
La alimentación del afluente a
las Plantas de Filtros es la
mezcla de las aguas
provenientes de las aducciones
Toconce, Lequena, Quinchamale
y eventualmente Aducción
Puente Negro. Estas aguas se
mezclan en un estanque de
2.000m3 de capacidad, ubicado
en la Planta de Filtros Cerro
Topater de Calama. El objetivo
de la mezcla es homogeneizar
las principales impurezas de las
aguas crudas, como muestra la
tabla 1.
Diciembre 2003
Tabla 1
Aducción
Toconce
Lequena
Quinchamale
Mezcla
As (mg/L)
0,60-0,90
0,15-0,35
0,10-0,25
0,40-0,50
Del Estanque de Mezcla salen tres
aducciones, de las cuales dos
(NACA y VACA) se dirigen hacia
el Complejo Salar del Carmen
(Planta Antigua y Planta Nueva) y
la restante alimenta la Planta de
Filtros Cerro Topater. El proceso de
tratamiento para las tres plantas es
similar, por lo cual se explicará el
de Cerro Topater.
Proceso de abatimiento de
arsénico
El proceso comienza con la entrada
de la mezcla de las aguas
provenientes del Estanque de
Mezcla al Estanque de Ingreso, con
un caudal medio de 400 l/s. Estas
aguas presentan un contenido de
arsénico promedio de 0,45 (mg/L).
En la tubería de entrada al Estanque
de Ingreso se le inyectan en forma
continua los productos químicos
cloro (pre-cloración) y cloruro
férrico. En forma eventual
Cloruros (mg/L)
110-125
120-150
450-490
190-210
(invierno altiplánico
principalmente) se agrega por
gravedad a este estanque
Polielectrolito. En la Planta de
Filtros Cerro Topater se adiciona
también ácido sulfúrico.
El cloruro férrico (FeCl3) reacciona
con la alcalinidad del agua y se
transforma en hidróxido de fierro
(FeOH), el cual por reacciones
electrostáticas atrae las partículas
de arsénico formando los flóculos,
que luego se harán decantar en los
Estanques Coaguladores.
El agua de salida del Estanque de
Ingreso se distribuye a tres
Estanques Coaguladores, donde
continúa el proceso de floculación
y decantación. Mediante procesos
de barrido y drenaje, se eliminan
los flóculos de mayor tamaño,
obteniendo en la salida
concentraciones medias de arsénico
de 0,12 a 0,20 (mg/L).
El proceso continúa en la Sala de
47
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ARTÍCULOS TÉCNICOS
Filtros, consistente en 12 filtros
tipo piscina. Los filtros con que
cuenta la Planta son químicos,
rápidos, con lecho mixto de
antracita y arena. El sistema
funciona en base a flujo
descendente, el cual se invierte
para lavado con aire y agua. En
esta etapa del proceso se eliminan
los flóculos más pequeños,
obteniendo concentraciones
finales de arsénico que cumplen
con la Norma NCh 409 Of 84,
que es de un máximo permisible
de 0,05 mg/L.
Luego del proceso de filtración,
se inyecta por segunda vez cloro
(post-cloración) para cumplir con
los requerimientos de cloración en
el agua potable y flúor en
solución para dar cumplimiento a
las exigencias de los Servicios de
Salud. Luego el agua tratada se
envía a los Estanques de
Almacenamiento para posterior
distribución a las ciudades de
Calama, Tocopilla y Pampa
Salitrera.
Sistema de recuperación y
disposición final de lodos
Dentro del proceso de
tratamiento, se generan aguas de
descarte que contienen el arsénico
que ha sido abatido y filtrado en
los procesos de sedimentación y
filtración, respectivamente. Estas
aguas convergen a un estanque de
recuperación de 1.200 m3 de
capacidad, donde mediante el
agregado de un polielectrolito se
decantan los lodos y se recupera
el sobrenadante, a una tasa de
6 L/s aproximadamente. Los
lodos decantados son drenados
por gravedad a un sistema de
lechos de secado en el cual,
mediante percolación y secado
por evaporación, se acondicionan
para ser posteriormente enviados
al botadero, el cual se encuentra
dentro del recinto de la planta.
48
CAMBIOS EN EL PROCESO
Los primeros indicios que hicieron
notar la posibilidad de lograr niveles
de arsénico en el agua potable muy
por debajo de la norma chilena,
dicen relación con los eventos del
invierno altiplánico. Hasta el año
1996 las plantas de tratamiento de
ESSAN no ingresaban a proceso
aguas con turbiedades mayores a
350 (NTU), ya que no estaban
diseñadas para tratar esos niveles de
turbiedad. Por esto, normalmente se
eliminaban estas aguas, generando
restricciones en el suministro del
agua a la población. Dada la
necesidad de satisfacer las
necesidades de consumo de la
población, desde el año 1997 se
empiezan a ingresar aguas crudas
con mayores niveles de turbiedad,
logrando las plantas de tratamiento
procesar aguas con turbiedades
sobre los 4.000 (NTU).
Para poder abatir estos altos niveles
de turbiedad fue necesario aumentar
notablemente las dosificaciones de
coagulante, visualizando con ello
valores de arsénico en el agua
tratada con valores muy cercanos a
0,01mg/L. Posteriormente y dado
estos resultados, se comenzó la
investigación a nivel de laboratorio
con la primera variable, el aumento
de la dosificación de coagulante
(cloruro férrico), para determinar si
era posible obtener los niveles de
concentración de arsénico deseados
y a qué costos. Estas pruebas dieron
como resultado que una dosis de 60
ppm funcionaba bastante bien.
Ahora había que reproducir estos
resultados a nivel industrial, con los
consecuentes cambios operacionales
asociados, ya que se produciría un
aumento del material de descarte.
Así, poco a poco, las variables
operacionales fueron cambiando. El
ciclo de drenajes de los estanques
coaguladores se aumentó al doble,
de 3 a 6 drenajes diarios, por lo que
hubo que optimizar la recuperación
de agua para no incrementar las
pérdidas operacionales. La
frecuencia de lavados de los filtros
y pre-filtros disminuyó,
aumentando así las horas de las
carreras de filtración, situación
favorable en la recuperación de
aguas. Este efecto se logró al entrar
en operaciones la Planta
Desaladora (menor caudal a tratar
en plantas convencionales).
Por otro lado, debido al importante
aumento del consumo de cloruro
férrico, se firmó un contrato con
los proveedores para asegurar la
entrega oportuna de este producto
químico, teniendo en
consideración la distancia desde la
fábrica a las instalaciones de
ESSAN. El consumo de cloruro
férrico aumentó de 1.050 toneladas
el año 2000 a 1.750 toneladas para
el año 2003 (proyectado).
Los controles debieron extremarse,
y se logró un importante avance
con el mejoramiento de la
telemetría en plantas, un riguroso
monitoreo de las etapas del
proceso, lo que obligó a contar con
equipos de excelente respuesta de
medición de concentración de
arsénico, acompañado por un
programa de capacitación intenso.
Sin embargo, los esfuerzos no
terminaron, sino que se siguió
investigando ahora con la premisa
de optimizar el logro conseguido.
Es así como en la Planta de Filtros
Cerro Topater de Calama se
desarrolló el proyecto de
acidificación de agua, ya que un
menor pH de esta facilita las
reacciones electrostáticas de
adsorción del arsénico. Los
resultados fueron óptimos por lo
que se instaló un sistema de
dosificación de ácido sulfúrico al
agua cruda, bajando las dosis de
cloruro férrico en forma relevante.
Este sistema será instalado el año
2004 en las Plantas de Filtros de
Salar del Carmen en Antofagasta.
Diciembre 2003
Revista AIDIS-Chile
ARTÍCULOS TÉCNICOS
una situación tan delicada para solucionar
posibles efectos adversos relacionados con el
arsénico, tales como el cáncer a la piel, lesiones
dérmicas, neuropatías periféricas y vasculopatías
periféricas.
Finalmente, cabe señalar que la solución del
problema del arsénico no ha sido un esfuerzo
aislado, sino que se complementa con otras
iniciativas de la empresa, como ha sido el reciente
inicio de las operaciones de la Planta Desaladora
de Antofagasta, proyecto impulsado por ESSAN
S.A. para proveer de agua de mejor calidad y
asegurar el abastecimiento para los futuros años
de la población. Todo esto nos permite afirmar
que la producción de agua potable en el desierto
es sólo un desafío técnico y económico.
Recuadro 2
Reducción del arsénico en la planta de Taltal
EL PROCESO Y LA
INFRAESTRUCTURA
El proceso consiste en que, antes
de ingresar al estanque de
distribución, se inyecta cloro en
solución y cloruro férrico para
provocar la oxidación y formación
de hidróxidos de hierro, lo que
permitirá la adsorción del
arsénico (adherencia del arsénico
a los hidróxidos generados) para
posteriormente pasar por cuatro
unidades de filtros compuestos
por carbón activado y arena,
quedando el agua en condiciones
de ser distribuida sin necesidad de
una pos-cloración, ya que el
residual post-filtrado es mayor a
lo establecido por la norma.
Cámara de inyección
Corresponde al punto donde se
inyecta a la cañería proveniente
de la aducción el cloruro férrico y
el cloro en solución impulsado
por las bombas que logran romper
la presión del agua que circula por
ella.
Filtros
Contempla cuatro unidades
cilíndricas de 2,5m de altura y
diámetro 1,2m en cuyo interior
contiene un lecho de arena de
características especiales en su
diámetro, densidad y
composición, que actúa como
filtro bacteriológico de 0,4 m de
altura, sobre la cual se posa una
capa de carbón activado de 1m de
Diciembre 2003
espesor que se encarga de atrapar
el floc hierro-arsénico. En su parte
inferior se distribuyen en forma
radial un conjunto de cribas en
acero inoxidable con ranurado de
un espesor tal que no permita la
fuga del material filtrante.
Proceso de filtración
Posterior a la inyección de cloro y
cloruro férrico, el agua se
distribuye homogéneamente
ingresando por la parte superior de
cada filtro, pasando por el material
filtrante y saliendo a través de las
cribas para reincorporarse a la
cañería que la conducirá al
estanque de distribución.
La carrera de filtración tiene una
duración de ocho horas, por lo que
una vez cumplido este tiempo se
debe realizar un retrolavado, per-
mitiendo que el material filtrante
recupere su capacidad de
remoción.
CAMBIOS EN EL PROCESO
Desde la puesta en marcha de la
planta, el proceso ha sufrido
diferentes cambios, tanto en los
productos coagulantes, material
filtrante e infraestructura.
Como coagulante se ha utilizado
cloruro férrico, polielectrolitos y
cal; como material filtrante,
carbón activado y resina. Se ha
aumentado las unidades de
filtros de dos a cuatro y se ha
modificado su altura, la
dosificación y forma de agregar
los productos químicos.
Esto ha permitido disminuir
importantemente las
concentraciones de arsénico.
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