Transcript Principios y Tecnologías de Remoción

REMOCION DE ARSÉNICO:
Antecedentes y Principios de
Remoción
Andrea Laybauer
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ANTECEDENTES GENERALES
Andrea Laybauer
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
Andrea Laybauer
Oxidación del Arsenito
Objetivo. 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.
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Tecnologías para Remoción de Arsénico
Ion
Exchange (S)
Oxydation
& filtration
(I&MR)
Activated
Alumina (S)
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Coagulation
Flocculation (CP)
Enhance Lime
Softening (CP)
As
Granular Ferric
Hydroxide(S)
UF - RO-Nano (M)
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 Coagulación
Tipo 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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Filtración
Remoción 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
Línea de filtros a presión tricapa, bicapa
y de carbón activado de VWS.
Unidades estándar: entre 20” y 3 m de
diámetro nominal.
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”.
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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.
Polymer
Treated
water
COAGULANTE
Raw
Water
Coagulant
Flocuulation
Settling
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TURBOMIXTM:
Downflow
axial flow
impeller
Ring-shaped
perforated pipe for
polymer injection
Anti-vortex
and antibypass baffles
Funnel
reducing
headloss
Vertical draft-tube
with mixer used as
flow guide
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.
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Intercambio Iónico
Intercambio 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 OI
Basadas 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.
Microfiltration
Ultrafiltration
Nanofiltration
Tecnología
Rango Presión
MF
5 - 45 psi
UF
7 - 100 psi
NF
50 - 150 psi
RO
100 - 150 psi
Reverse Osmosis
10.0
Micron
1.0
Micron
0.1
Micron
0.01
Micron
0.001
Micron
0.0001
Micron
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Membranas: MF, UF, NF y OI
Microfiltración 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.
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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
Andrea Laybauer
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
Espesamiento
Deshidratado mecánico
• Filtro prensa
• Filtro banda
• Decanters centrífugos
Lagunas de evaporación
Ponds de secado
Lagunas de almacenamiento
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COMPARATIVA DE
TECNOLOGÍAS
Andrea Laybauer
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..
•
•
•
•
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.
Complicado manejo.
Operadores entrenados.
Ajuste continuo de pH.
Problemas de disposición
de efluentes.
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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
Electrodiálisis Reversa
Ventajas
Puede alcanzar uuna
eficiencia de remoción
superior al 80%
Desventajas
• Una baja recuperación se
traduce en un mayor
requerimiento de agua
cruda.
• NO tan competitiva como
puede ser la OI o NF.
35
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Andrea Laybauer