LOS MÉTODOS QUÍMICOS Y BIOGÉNICO APLICADOS AL

LOS MTODOS QUMICOS Y BIOGNICO APLICADOS AL TRATAMIENTO DE AGUA ACIDA DE MINA MEDIANTE REACTORES BACH.

DRENAJE ACIDO DE MINAAGUAS DE MINA, DE BOTADEROS DE DESMONTE Y RELAVERAS.DAM

OrganizacinPanamericanade la Salud

LOS DAM AFECTAN:FORMULACIN DEL PROBLEMA Y LMITES DE LA INVESTIGACIN

LA GENERACIN DEL DRENAJE CIDO DE MINA (DAM) ES UN PROBLEMA COMN EN LOS YACIMIENTOS POLIMETLICOS PERUANOS QUE REQUIERE ESPECIAL ATENCIN.

AGUAS SPERFICIALES.AGUAS SUBTERRANEAS.LA FAUNA ACUATICA.LOS TERRENOS DE CULTIVO DEBIDO A SU TOXICIDAD POR SU CONTENIDO DE METALES PESADOS COMO :

El Cu Pb Fe Zn Sb As


Casos de contaminacion de rios por DAM:

RIO HUALLAGA : Mina Pilar, Atacocha, Milpo

RIO RIMAC: Tamboraque, Millotingo, Pacococha, Colqui, Venturosa, Caridad, Lichicocha y Cocachacra.


TECNOLOGA EMPLEADA HASTA EL MOMENTO COMO EL SISTEMA WETLANDS, RESULTA MAS COSTOSA, ES POR ESTO QUE SE BUSCA UN MTODO MS EFICIENTE Y BARATO.


ES POR ESO QUE SE BUSCA UN MTODO MS EFICIENTE Y BARATO, EL PRESENTE TRABAJO PLANTEA EL TRATAMIENTO DE LOS DAM POR EL METODO BIGENICO


PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Cunto ms eficiente desde el punto de vista tcnico y ambientalmente resultar el tratamiento del drenaje cido de la mina de la unidad minera Azulcocha empleando el mtodo biognico respecto al mtodo qumico ensayado a escala de laboratorio?


JUSTIFICACIN

Es sabido que las aguas residuales son tratadas con seres vivos, para eliminar la contaminacin, adems se sabe de la existencia de bacterias sulfato reductoras (BSR) que producen sulfuro de hidrgeno como producto final de su metabolismo y este compuesto al estar en presencia de metales pesados va a precipitarlos como sulfuro,disminuyendo la contaminacin de los drenajes cidos de mina tanto en acidez, metales pesados y sulfatos principalmente


ORIGINALIDAD

El presente proyecto de investigacin es original en nuestro pas: no se tiene referencia directa de la implementacin de la tecnologa de biorremediacin planteada en este trabajo, a nivel industrial ni de investigacin; a nivel internacional no es novedoso ya que es una tecnologa comercial,Sin embargo en otros pases es aplicado sin conocer ni manejar los parmetros a controlar.En este sentido el tratamiento propuesto es innovador en nuestro pas y ofrece una nueva tecnologa para solucionar el grave problema al que se enfrentan la gran mayora de empresas mineras en el Per.


HIPTESIS

El empleo de bacterias sulfatoreductoras (BSR) generadoras de H2S en bioreactores bach incrementa la eficiencia tcnico ambiental en la reduccin de metales pesados y sulfatos del DAM respecto al mtodo de neutralizacin qumica del DAM con cal a escala de laboratorio.


VARIABLES E INDICADORES

VARIABLE DEPENDIENTE :% de reduccin de Sulfatos, % de reduccin de metales pesados (Cu2+, Fe3+, Zn2+) en el DAM.

INDICADORES DE LA VARIABLE DEPENDIENTE :Concentraciones iniciales de sulfatos, Cu2+, Fe3+ y Zn2+ del DAM.Concentracin de sulfatos, Cu2+, Fe3+ y Zn2+ del DAM tratada con mtodo biolgicoConcentracin de sulfatos, Cu2+, Fe3+ y Zn2+ del DAM tratada con mtodo qumico (cal)


INDICADORES DE LA VARIABLE INDEPENDIENTE :Poblacin de las bacterias sulfato reductoras pH, acidezPotencial de xido-reduccin (Eh)

VARIABLE INDEPENDIENTE :Actividad de las bacterias sulfatoreductoras


OBJETIVOSOBJETIVOS ESPECFICOSCaracterizar el drenaje cido de una mina.

Aislar, identificar y cuantificar un consorcio de bacterias sulfato reductoras nativas de los Pantanos

Seleccionar las BSR que tengan mayor eficiencia en la produccin de H2S.Determinar la concentracin ptima de H2S a dosificar para la precipitacin de sulfuros de los metales pesados de los DAM sinttico y naturales.Determinar el grado de reduccin de sulfatos y de metales pesados con el tratamiento biolgico empleando H2S biognico.Determinar el grado de reduccin de sulfatos y de metales pesados con el tratamiento qumico empleando cal.

OBJETIVO GENERAL

Determinar la eficiencia tecnolgica ambiental del tratamiento del drenaje cido de una mina empleando el mtodo biognico y el tratamiento qumico (con cal), a escala de laboratorio


OBJETIVOS ESPECFICOS

Caracterizar el drenaje cido de una mina.

Aislar, identificar y cuantificar un consorcio de bacterias sulfato reductoras nativas de los Pantanos

Seleccionar las BSR que tengan mayor eficiencia en la produccin de H2S.Determinar la concentracin ptima de H2S a dosificar para la precipitacin de sulfuros de los metales pesados de los DAM sinttico y naturales.Determinar el grado de reduccin de sulfatos y de metales pesados con el tratamiento biolgico empleando H2S biognico.

Determinar el grado de reduccin de sulfatos y de metales pesados con el tratamiento qumico empleando cal.


ANTECEDENTES

1.-Palomino, Paredes y Villanueva, (2004), a nivel laboratorio realizaron una serie de experimentos y lograron incrementar el pH de 2.39 a 7.23, una remocin de 94,8% de sulfatos; 99,60% de precipitacin de hierro, 99,23% de plomo, y 98,57% de cobre empleando BSR y mecanismos de biosorcin2.- Villachica et. al (2000) patent una nueva tecnologa denominada NCD (Neutralizacin y Coagulacin Dinmica) para el tratamiento del DAM basado en procesos fisicoqumicos de, tecnologa HDS (Lodos de Alta Densidad), actualmente esta tecnologa viene siendo aplicada para descontaminar los ros Yauli y Mantaro en la principal fuente de contaminacin cida que es el efluente del Tnel Kingsmill que descarga de 1100 a 1800 L/s de agua cida,


GENERACIN DE AGUAS CIDAS :Nordstrom y Alpers (1999) describen el proceso de oxidacin de la pirita como el principal responsable de la formacin de aguas cidas; ellos consideran que los factores que ms afectan a la generacin de los DAM son :

el volumen, la concentracin, el tamao de grano y la distribucin espacial de la pirita.


2 FES (S) + 3O2 (G) + 2H2 O 2FE +2 + 2SO4+2 + 4H + LAS REACCIONES :2 Fe+2 + O2 (g) +2H+ 2Fe +3 + H2O2Fe+3 + 6H2O 2Fe (OH)3 (s) + 6 H+ FeS2(s) + 14 Fe+3 + 8 H2O 15Fe+3 + 2 SO4+2 + 16H+


CARACTERIZACIN DE LOS DRENAJES CIDOS DE MINA

La caracterizacin precisa de los DAM es muy importante para efectuar la correcta seleccin y dimensionamiento de los dispositivos operacionales que configuran el conjunto del tratamiento pasivo; una correcta caracterizacin incluye una medicin precisa de: 1.- caudal del drenaje 2.- pH in situ, pH en laboratorio, 3.- alcalinidad total, acidez o alcalinidad neta (expresadas todas como CaCO3). 4.- Fe2+, Fe total, 5.- Al, Mn, SO4= y conductividad (Hyman y Watzlaf, 1995). Estos autores consideran deseable analizar tambin el: 6.- Ca, Mg, Na, Cl, K, Br y Zn,

Lo que permite en la mayora de los casos efectuar un correcto balance inico. El conjunto de estas medidas se ha de registrar al menos durante un ao hidrolgico.

La acidez y la alcalinidad de un drenaje cido de mina son parmetros bsicos en la seleccin del tipo de tratamiento pasivo; representan la capacidad de esas aguas para neutralizar una base o un cido.


CONTROL DEL DRENAJE CIDO DE MINAS

Mtodos Primarios o Preventivos

Mtodos Secundarios o de contencin

Mtodos Terciarios o de remediacin


METODOS PREVENTIVOS:El objeto de los mtodos preventivos es detener o reducir drsticamente la velocidad de la generacin de cido. Esto se puede realizar, impidiendo el contacto de los sulfuros con el agua o el aire, o ambos.

Eliminando las bacterias responsables de la catlisis de las reacciones o

Controlando otros factores que influyan sobre las reacciones, tal como el pH, por adicin de lcali al sistema.


MTODOS PREVENTIVOS DE FORMACIN DE DAM


MTODOS DE SECUNDARIOS O DE CONTENCIN Ayudan a prevenir o reducir la migracin de drenajes cidos de mina al ambiente. Se utilizan fundamentalmente para remover los iones metlicos que migran al ambiente.

Se pueden sealar las siguientes tipos:

Desviacin del agua superficial.

Interceptacin de aguas subterrneas

Reduccin de filtracin

Se pueden sealar los siguientes mtodos:Desviacin del agua superficial.Interceptacin de aguas subterrneas.Reduccin de infiltracin.Se pueden sealar los siguientes mtodos:Desviacin del agua superficial.Interceptacin de aguas subterrneas.Reduccin de infiltracin.Se pueden sealar los siguientes mtodos:Desviacin del agua superficial.Interceptacin de aguas subterrneas.Reduccin de infiltracin.Se pueden sealar los siguientes mtodos:Desviacin del agua superficial.Interceptacin de aguas subterrneas.Reduccin de infiltracin.


MTODOS DE REMEDIACINLOS MTODOS PUEDEN SER:Sistemas activos : requieren operaciones continuas como una planta de tratamiento qumico.Sistemas pasivos : funcionan sin un ajustado control.Los tratamientos qumicos ofrecen un mtodo seguro de corto trmino, pero no sirven para minas redundantes. En estos casos, los sistemas de tratamiento pasivo son considerados como una alternativa.

CONSTITUYEN EL TERCER NIVEL DE CONTROL Y SU OBJETO ES RECOLECTAR Y TRATAR EL DRENAJE CONTAMINADO.


REMOCIN DE METALES PESADOS CON CALEL PRINCIPIO DE LA NEUTRALIZACIN CON CAL :

Se basa en la solubilidad de los metales pesados en soluciones alcalinas : A un pH alrededor de 9.5 precipitan de Fe, Cu y Zn.

En rango de 10.5 a 11 precipitan el Ni y Cd como hidrxidos.

LA PRINCIPAL DIFERENCIA ENTRE LOS PROCESOS DE TRATAMIENTO CON CAL ES EL MTODO EMPLEADO PARA SEPARAR LOS SLIDOS Y LOS LODOS QUE SE FORMAN. BASES DEL TRATAMIENTO CON CAL


PROCESOS DE TRATAMIENTO CON CAL

CONSISTE, BSICAMENTE, EN LA ELEVACIN DE PH PARA NEUTRALIZAR EL CIDO LIBRE Y PRECIPITAR LOS METALES DISUELTOS; LOS PRECIPITADOS OBTENIDOS SON COLOIDALES Y NORMALMENTE NO DENSIFICAN MS ALL DE 1% EN SLIDOS.

LOS METALES PRECIPITADOS OBTENIDOS DURANTE TODO EL PROCESO SON DESECHOS TPICAMENTE IDENTIFICADOS COMO LODOS.

. COMO LOS COSTOS DE DISPOSICIN DE LODOS PUEDEN SER MUY ELEVADOS, USUALMENTE SE JUSTIFICA UNA MAYOR INVERSIN DE CAPITAL DEBIDO A LOS SIGNIFICATIVOS AHORROS EN COSTOS DE OPERACIN.

EXISTEN DISTINTOS PROCESOS DE TRATAMIENTO CON CAL DESDE LOS MS SIMPLES HASTA LOS MS COMPLEJOS, ,ANTIGUOS , RECIENTES QUIENES CON MS O MENOS EFICIENCIA:


POZA DE TRATAMIENTO

TRATAMIENTO IN SITU (PIT TREATMENT)

TRATAMIENTO EN LNEA Y CO-DEPOSICINPLANTA DE TRATAMIENTO CONVENCIONALPROCESO LODOS DE ALTA DENSIDAD (HDS)PROCESO LODOS DE ALTA DENSIDAD GECO

PROCESO NEUTRALIZACIN COAGULACIN DINMICA (NCD)

PROCESO DE NEUTRALIZACIN EN ETAPAS (STAGED-NEUTRALIZATION PROCESS)

LOS DISTINTOS PROCESOS DE TRATAMIENTO DEL MS SIMPLE AL MS COMPLEJO SON:


BACTERIAS SULFATO REDUCTORAS:

SON LAS BACTERIAS QUE TIENEN LA FACULTAD DE REDUCIR SULFATO, SULFITO O TIOSULFATO DE MANERA NO ASIMILATORIA, UTILIZNDOLOS COMO ACEPTORES DE ELECTRONES, PRODUCIENDO COMO DESECHO METABLICO CIDO SULFHDRICO (H2S).

SON UN GRUPO MUY HETEROGNEO DE ORGANISMOS HETERTROFOS ANAEROBIOS FACULTATIVO

LAS BSR PRODUCEN APROXIMADAMENTE 2 MOLES DE ALCALINIDAD POR MOL DE SULFATO QUE ES REDUCIDO (FRANK, PAUL, 1999); REMOCIN DE METALES PESADOS CON SULFURO DE HIDRGENO BIOGNICO :

EMPEZAREMOS DESCRIBIENDO LAS BSR = BACTERIAS SULFATO REDUCTORAS QUIENES SON RESPONSABLES DE LA GNERACION DE H2S BIGNICO


ACTIVIDAD:EJEMPLO:

CH4 COO- + SO4 + H+ H2 S + 2HCO3-

Donde el donador de electrnes es el acetato Un mol de sulfuro es generado por mol de reduccin de sulfato, y el sulfuro precipitar los metales pesados con bajo producto de solubilidad del sulfuro de metal:Me+2 + 2 H2 S MeS2 + 4H+ LAS BSR PRODUCEN APROXIMADAMENTE 2 MOLES DE ALCALINIDAD POR MOL DE SULFATO QUE ES REDUCIDO (FRANK, PAUL, 1999); LA CANTIDAD EXACTA DE ALCALINIDAD VARA CON LA ESTRUCTURA DEL DONADOR DE ELECTRONES


GNEROS DE BACTERIAS SULFATO REDUCTORAS


: UTILIZAN FUNDAMENTALMENTE LACTATO, PIRUVATO, ETANOL, O CIERTOS CIDOS GRASOS COMO FUENTES DE ENERGA Y DE CARBONO, REDUCIENDO EL SULFATO A SULFURO DE HIDRGENO.

GNEROS DEL GRUPO I Desulfovibrio, Desulfomonas, Desulfotomaculum, Desulfobulbus


ESTN PARTICULARMENTE ESPECIALIZADOS EN LA OXIDACIN DE CIDOS GRASOS, EN PARTICULAR DEL ACETATO, REDUCIENDO EL SULFATO A SULFURO.

GNEROS DEL GRUPO II:

Desulfobacter, Desulfococcus, Desulfosarcina y Desulfonema:


CLASIFICACIN DE LAS BACTERIAS SULFATO-REDUCTORAS DE ACUERDO A SUMETABOLISMO


CARACTERSTICAS

LAS BSR ESTN REPRESENTADAS TANTO POR MICROORGANISMOS HETERTROFOS, POR EJEMPLO DESULFOVIBRIO DESULFURICANS, COMO AUTTROFOS, POR EJEMPLO DESULFOBACTERIUM MACESTII.

LAS BSR TAMBIN SE CARACTERIZAN POR SER ANAEROBIAS OBLIGADAS, SE DEBEN USAR TCNICAS ANAERBICAS ESTRICTAS EN SU CULTIVO.

LAS DESULFUROMONAS DIFIEREN DE LAS CAMPILOBACTER EN QUE SON ANAEROBIOS OBLIGADOS Y UTILIZAN SOLAMENTE AZUFRE COMO ACEPTOR DE ELECTRONES.

AUNQUE SON MORFOLGICAMENTE DIVERSAS, LAS BSR SE PUEDEN CONSIDERAR UN GRUPO UNIFICADO FISIOLGICAMENTE, DEL MISMO MODO QUE LAS BACTERIAS METANOGNICAS O FOTOTRFICAS.


HBITAT

SE ENCUENTRAN EN EL NIVEL SUB SUPERFICIAL DE AMBIENTES ACUTICOS COMO :

SEDIMENTOS O AGUAS PROFUNDAS QUE SE VUELVEN ANXICAS.

TAMBIN SE ENCUENTRAN EN LODOS Y SEDIMENTOS DE PLANTAS INDUSTRIALES PETROLFERAS.

EN BIOFILMS METLICOS DE CONDUCCIONES INDUSTRIALES DONDE PRODUCEN PROCESOS DE CORROSIN.

EN HECES DEL HOMBRE Y ANIMALES.

EN FRUTAS EN ESTADO DE DESCOMPOSICIN.

OCASIONALMENTE EN AMBIENTES HIPERSALINOS Y TERMFILOS.

ESTAS BACTERIAS SE ENCUENTRAN AMPLIAMENTE DISTRIBUIDAS EN AMBIENTES ANXICOS TANTO ACUTICOS COMO TERRESTRES:


FUENTES DE ENERGA Y NUTRICIN

LAS FUENTES DE ENERGA QUE UTILIZAN SON EL MALATO, FORMIATO Y ALCOHOLES COMO METANOL, ETANOL, PROPANOL Y BUTANOL, OXIDNDOLOS HASTA ACETATO COMO PRODUCTO FINAL Y EXCRETAN CIDO GRASO.

OXIDAN LACTATO, SUCCINATO E INCLUSO BENZOATO PARA PRODUCIR CO2

LAS FUENTES DE ENERGA QUE UTILIZAN DEPENDE DE SU TIPO:

BSR NO OXIDANTES DE ACETATO

BSR OXIDANTES DE ACETATO


LA REDUCCIN DE LOS SULFATOS (TAMBIN DENOMINADA RESPIRACIN DE LOS SULFATOS) ES UN PROCESO DE REDUCCIN DISIMILATIVA. EL IN SULFATO ES UTILIZADO COMO ACEPTOR DE ELECTRONES EN LA OXIDACIN DE MATERIA ORGNICA DE BAJO PESO MOLECULAR, GENERALMENTE SUBPRODUCTOS DE LA FERMENTACIN ANAEROBIA (WIDDEL Y HANSEN, 1991, VINCKE ET AL., 2000), Y. EL SULFURO DE HIDRGENO RESULTANTE SE DESPRENDE HACIA EL MEDIO COMO RESIDUO DEL PROCESO (GOTTSCHALK, 1986).

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