Remoción de arsénico y fluoruros por coagulación con cloruro de ...

Remoción de arsénico y flúor en aguas
subterráneas por procesos de coagulaciónadsorción-doble
filtración
V Congreso Iberoamericano de Física y
Química Ambiental
Abril 2008, Mar del Plata
Ana María Ingallinella
Universidad Nacional de Rosario

El problema del
arsénico y flúor en
aguas subterráneas de
la provincia de Santa fe

Fuentes de aguas para servicios de la provincia
de Santa Fe
FUENTE
SUPERFICIAL
16 PRESTADORES
8%
FUENTES DE ABASTECIMIENTO DE LOS
SERVICIOS DE AGUA POTABLE
FUENTE
SUBTERRÁNEA
196 PRESTADORES
92%

Arsénico 60 a 200 µg/l
Flúor : 1,5 a 2,2 mg/l

Plantas de tratamiento existentes en la
Provincia de Santa Fe para remoción de
sales y/o arsénico
Tecnología
Adsorción en
hidróxidos de
hierro granular
Coagulación-
Adsorción
Osmosis Inversa
Número de plantas
2
7 (4 ArCIS-UNR)
45

Tecnologías de tratamiento para
remoción de arsénico
Coprecipitación
(adsorción+oclusión)
Sal de Al o
Fe
-
+
-
-
-
-
Sales de hierro
Sales de aluminio
Floc
Separación

Tecnologías para la remoción
de fluoruros
Adsorción en hueso molido
(intercambio con la apatita, se intercambia
un ión carbonato por el ión fluoruro
para dar fluoroapatita)
Osmosis inversa
Coprecipitación con sales de aluminio

Localidad
Villa
Cañás(SF)
Lopez (SF)
Andino (S.F)
Lezama
(BA)
Plantas en operación
Fecha
Inauguración
2000
2002
2005
2008
Caudal
( m3/día)
1100
150
380
850
Costo
construcción
(m3/
7200
14400
(PRFV)
8200
6900

PLANTA LEZAMA

Fracción de F libre
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
Como se presenta el flúor
Ácido
fluorhídrico
HF
1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0
pH
Fluoruro
F –

Requerimiento de asistencia técnica
de la Cooperativa de Agua Potable de
la ciudad de Villa Cañás
Agua
subterránea
Planta de
Tratamiento para
remover As y F
por un proceso de
coagulación
Agua
Tratada

pH
Calidad del agua a tratar
Calcio
Sólidos totales
Magnesio
Alcalinidad
Hierro
Sulfatos
Cloruros
Nitratos
Flúor
Arsénico
Parámetro
Unidad
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
µg/l
Valor promedio
7,9
7,0
749
7,0
470
< 0,1
40
48
10
1,7-2,2
130-200

Programa de ensayos
Objetivos
Encontrar un coagulante que permitiera una
eficiente remoción simultánea de arsénico y flúor.
Evaluar el proceso de filtración gruesa ascendente
seguido de filtración rápida como método apropiado
para la separación de los flocs así formados.

Filtración gruesa ascendente en manto
de grava +Filtración rápida
Prefiltración
ascendente
de grava
AGUA
CRUDA
Filtración
rápida
Desinfección
AGUA
TRATADA

1. Ensayos
Laboratorio
Metodología
2. Planta Piloto
3. Escala real

Ensayos de laboratorio
Elección del coagulante
Optimizar condiciones
para el proceso de
coagulación/floculación

Ensayo de Jarras (Jar Test)

Ensayos de laboratorio
Con dosis de cloruro férrico de 50 mg/l se
removía el arsénico al nivel deseado pero no se
removía flúor.
Las dosis de sulfato de aluminio para eliminar
flúor eran del orden de 600-1000 mg/l.
Con dosis de cloruro de polialuminio (PAC) de
100 –120 mg/l y llevando el pH incial a 6,9 se
podían obtener remociones de 70-80% en
arsénico y 35% en flúor

El Policloruro de Aluminio
Es una sal prepolimerizada.
Contiene entre 18 y 20 % de óxidos de
aluminio.
Tiene las siguientes ventajas:
Menor influencia de la temperatura en la
eficiencia de remoción.
Se puede trabajar en un rango de pH más
amplio que con el sulfato de aluminio.
Menores dosis.

El Policloruro de Aluminio
Van Benschoten y Edzwald (1990):
Caracterizaron las especies en PAC y sulfato de
aluminio. Las especies poliméricas
representaban en el PAC el 90 % del total del
aluminio presente, mientras que las especies
monómeras y precipitadas constituían una
fracción muy baja. Por el contrario, en el
sulfato de aluminio predominaron las especies
monómeras.

El Policloruro de Aluminio
Van Benschoten y Edzwald (1990)
El PAC precipita a pH=7,4 y en el
precipitado predominan especies
polímeras de Al 13, las especies que
quedan disueltas son monómeros.

El Policloruro de Aluminio

Ensayos en
planta piloto

NaClO
a
Agua Cruda
SO 4 H 2
Esquema planta piloto
Prefiltro de grava Filtro de
arena
PAC
Lavado
Lavado
Agua Tratada

Concentración As (µg/l)
140
120
100
80
60
40
20
0
Concentración de Arsénico
4
10
12
18
Resultados Planta Piloto
83%
23
27
29
35
horas de funcionamiento
Limite: 50 µg/l
37
Filtro
Prefiltro
Bajada Tanque
43
45
47

Concentración F (mg/l)
2,0
1,6
1,2
0,8
0,4
0,0
Concentración de Flúor
4
10
Filtro
Bajada Tanque
12
18
Resultados Planta Piloto
23
Limite: 1,50 mg/l
27
29
35
37
horas de funcionamiento
43
45
47

Turbiedad (NTU)
2,00
1,60
1,20
0,80
0,40
0,00
4
Turbiedad
6
4
Resultados Planta Piloto
10
Limite: 0,50 UTN
12
18
23
27
29
35
horas de funcionamiento
37
Filtro
Prefiltro
Bajada Tanque
43
45
47

Condiciones de operación
Párametros de diseño
Granulometría prefiltro de grava
Granulometría arena: 0,7mm
Velocidad de prefiltración: 0,6 m/h
Velocidad de filtración: 6,0 m/h
Duración de las carreras: 48 h
Velocidad de lavado
en filtro rápido: 60 m/h
Tiempo de lavado: 10 min
Tº del agua: 15ºC
Dosis de PACl: 100 mg/l
9-20
6-9
9-20

Planta a escala real para la ciudad de
Villa Cañás
Población: 10.000 habitantes
Consumo: 100 l/hab.día
Instalaciones: Tanque 350 m3
9 pozos en explotación
equipo p/cloración
Concentración As: 150 µg/l
Concentración F: 2,0 mg/l
Caudal a tratar: 1100 m3/día

de pozos
ESQUEMA PLANTA REAL
Prod. Químicos
B
recirculación
sobrenadante
B
Agua de
lavado FR
Pileta de Recuperación de Efluentes
Tanque
distribucion
a la RED

Planta de tratamiento de la ciudad de Villa
Cañás

Datos de proyecto:
Datos de operación( Puesta en
marcha)
Dosis de PACl 100 mg/l
Arsénico residual 20 µg/l
Flúor residual 1,2 mg/l
Frecuencia de lavado 40 horas
Consumo lavado: 3,5%
Datos reales:
75 mg/l
20 µg/l
1,5 mg/l
24 horas
6%

Prefiltro

Cámara de agua de lavado

Extracción del sobrenadante

Lodos

Villa Cañas (1200 m 3 dia)
Generación de barros
4 m 3 /mes
2 Lagunas de 40 m x 4
m
Lagunas de
Evaporación
Se realizó ensayo de lixiviado y fue caracterizado como
no peligroso.

Lodos extraídos de lagunas de evaporaciòn

PLANTA DE REMOCION DE ARSENICO EN LA
LOCALIDAD DE LOPEZ-PROCESO ARCIS -UNR
Datos de diseño
Población:1100 habitantes
Caudal: 150 m3/día

Calidad del agua a tratar en
Lopez
pH
Calcio
Sólidos totales
Magnesio
Alcalinidad
Hierro
Sulfatos
Cloruros
Nitratos
Fluoruros
Arsénico
Parámetro
Unidad
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
µg/l
Valor promedio
7,8
15
900
3
700
< 0,05
40
48
30
1,0
70-90

Remoción arsénico: Planta López

Remoción arsénico: Planta López

Remoción arsénico: Planta López

PLANTA DE REMOCION DE ARSENICO EN LA
LOCALIDAD DE LOPEZ
Cantidad de lodos generados
10 litros por día como residuo
del filtro prensa: 50 % de
humedad se dispone en playa de
secado

Antecedentes de Costos de Instalación y
operativos
Localidad
López
Villa Cañás
Caudal Tratado
150 m 3 /día
1100 m 3 /día
Costo Instalación
600 $/(m3 /día)
200us
300 $/(m3 /día)
100 us
El costo operativo se incrementó en 0,30 $/m3

Ensayos
Laboratorio
Primera Fase
Diseño de
experimentos factorial

Objetivo de la primer fase
Estudiar los efectos sobre las
concentraciones finales de As, F y Al de
las variables:
Concentración inicial de arsénico
Dosis de coagulante
pH

Conclusiones de la aplicación de
ANOVA
Los tres factores estudiados ( dosis,pH y
concentración inicial de arsénico) tienen efectos
significativos sobre la concentración final de
arsénico
El pH es el único efecto significativo sobre la
concentración final de flúor , al igual que para
la concentración final de aluminio.

Ensayos
Laboratorio
Segunda Fase

Conclusiones ensayos 2ª Etapa
Para las condiciones en que se realizaron
los ensayos, se pueden lograr valores de
As

Conclusiones ensayos 2ª Etapa
Se obtuvieron eficiencias de 80–85%
en remoción de arsénico y 32% en la
remoción de flúor .
El mecanismo principal de remoción
de arsénico es el de adsorción.

Conclusiones ensayos 2ª Etapa
Los valores de turbiedad residual
acompañan a los valores de aluminio
residual y puede utilizarse a la turbiedad
como parámetro de control de la eficiencia
del tratamiento

Conclusiones ensayos 2ª Etapa
Los valores de pH óptimo para
remover arsénico y flúor son
distintos. Con pH finales cercanos a
7,0 se obtienen eficiencias
compatibles con las exigencias de
las normas vigentes.

Análisis de datos sobre el
funcionamiento de la planta de
tratamiento

Conc Al (mg/l)
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
-0,5
Aluminio vs. Turbiedad
R 2 = 0,915
Campaña 1
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
Turbiedad (UNT)

Conc Al (mg/l)
Turbiedad vs. Aluminio residual
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
Campaña 2
R 2 = 0,8547
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
Turbiedad (UNT)

Conc As (µg/l)
80,0
70,0
60,0
50,0
40,0
30,0
20,0
10,0
0,0
Arsénico vs. Turbiedad
Campaña 2
R 2 = 0,0827
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
Turbiedad (UNT)

Resumen de resultados de monitoreos
mensuales(22 muestreos)-Promedios y
desvío estándar
Párametro
Arsénico
Flúor
pH
Agua cruda
128
1,7
8,0
Salida prefiltro
36
1,4
7,30
Salida filtro
36
1,4
7,30

Problemas detectados y
recomendaciones
El lavado por drenaje inferior de los prefiltros
no fue suficientemente efectivo. Una vez por
mes se realiza una limpieza química con ácido
sulfúrico y sucesivos enjuagues.
Es necesario optimizar la configuración
granulométrica.
Resulta díficil mantener el pH en valores
próximos a 7,00. Sería conveniente incorporar
un control automático de pH.

CONCLUSIONES FINALES
El proceso ARCIS-UNR puede ser
aplicado para remover arsénico y
flúor en las concentraciones que se
encuentran en la Pcia de Santa Fe y
puede ser optimizado para lograr
mayores porcentajes de remoción.

CONCLUSIONES FINALES
•El proceso de prefiltración
gruesa ascendente seguido de
filtración rápida resulta
apropiado para la separación de
flocs formados utilizando cloruro
de polialuminio.

Perspectivas futuras
Optimizar el proceso para lograr
menores concentraciones finales de
arsénico
Ensayar alternativas de doble filtración
rápida para poblaciones con mayor
número de habitantes.
Ensayar alternativas para los casos en
que las concentraciones de fluoruros sean
mayores a 2 mg/l.

Alcalinización intermedia
NaClO
a
SO 4 H 2
Agua Cruda
Prefiltro
de grava
PAC
Lava
do
Lavado
OHNa
Filtro
de
arena
Agua
Tratada

Doble filtración rápida
NaClO
a
Filtro de
arena
SO 4 H 2
Agua Cruda
PAC
Lava
do
Filtro
de
arena
Agua
Tratada

Planta piloto móvil

Prefiltro

Concentración de Al y Turbiedad en función
del pH
Turbiedad (UNT)
Conc As ( g/l)
7
6
5
4
3
2
1
100,0
80,0
60,0
40,0
20,0
0,0
5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0
pH final
Ensayo A Ensayo B Ensayo C Ensayo D
Ensayo B Ensayo C Ensayo D
0
5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0
pH final