RESUMEN agua acida

8/7/2019 RESUMEN agua acida

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RESUMEN

Efluentes mineros lquidos, generados en actividades mineras (carbn y sulfuros

metlicos), especialmente el drenaje cido de minas (DAM), causan grandes

problemas ambientales debido a su alto potencial de contaminacin de los

recursos hdricos superficiales o subterrneos. El DAM es caracterizado por sus

bajos valores de pH y elevadas concentraciones de iones inorgnicos txicos. El

trabajo resume alternativas para la eliminacin de iones metlicos y sulfato va

neutralizacin, precipitacin (o co-precipitacin) y separacin slido-lquido, en

escala de laboratorio y piloto. Los slidos (precipitados coloidales) generados

son removidos usando flotacin por aire disuelto (FAD). El nfasis fue en la

eliminacin de los iones sulfato, uno de los procesos ms difciles y costosos y la

mejor alternativa consisti en la eliminacin de iones sulfato (>1000 ppm), iones

Fe y Mn, simultneamente, a pH 12. En estas condiciones y en la presencia de

cal y sales de aluminio (policloruros-PAC), en tasas msicas de PAC:SO4

2-

=

2:1, los iones sulfato son precipitados como etringita y los iones Fe y Mn co-

precipitados (hidrxidos). Los slidos producidos fueron separados por flotacin

por aire disuelto (FAD) que present ventajas significativas sobre la

sedimentacin, en trminos de calidad del agua tratada y una mayor cintica,

alcanzando una tasa de operacin (piloto-1m3

h-1

) de 13 m3

m-2

h-1

y turbidez


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residual del agua de 0,5 NTU. Se concluye que las tcnicas presentadas en este

trabajo presentan un gran potencial en el tratamiento del DAM con re-uso de las

aguas.

citados: bajos valores de pH, elevadas concentraciones de

iones sulfato e iones metlicos (Fe, Al, Zn y Mn,

principalmente).

La remocin de iones sulfato representa el mayor desafo

tcnico comparativamente a los dems iones metlicos.

Las tecnologas existentes actualmente en el mercado

permiten establecer las siguientes conclusiones: i) No hay

proceso de bajo costo para la eliminacin de iones sulfato

presentes en efluentes que contienen concentraciones

inferiores a 2000-2600 mgL-1

. Eso se debe a la gran

solubilidad del CaSO4; ii) La precipitacin de los iones

sulfato es posible con los siguientes reactivos: Ca(OH)2,

para las concentraciones superiores de la solubilidad del

CaSO4; con sales de bario (principalmente BaCl2); con

sales de plomo (principalmente PbNO3) y con sales de

aluminio (policloruro, cloruro y nitrato) ms sales de

calcio en tasas estequiometricas fijas y en pH > 10,5; iii)

La separacin de los precipitados es posible va

sedimentacin o por flotacin. En el caso de los sales de

Ba y Pb, podra ser posible realizar de forma conjunta

con Mo-Fe(OH)3 .

El mecanismo, que se postula para la interaccin PAC-


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3CaO.3CaSO4.Al2O3.31H2O, segn la estructura en la

Figura 2. La reaccin de formacin de la etringita es dada

por la ecuacin (1):

+ +

+ + + + O 6H O .31H O .Al 3CaO.3CaSO O 37H 2Al(OH) 3SO 6Ca 3 2 3 2 4 2 3

2

4

2

OTROS MTODOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Mtodos avanzados de tratamiento

de aguas contaminadas.

Estos consisten en una serie de procesos qumicos y fsicos especializados, que se utilizan para

disminuir la cantidad de contaminantes especficos que quedan todava en el agua despus de los

tratamientos primario y secundario. Estos tratamientos avanzados dependen del tipo de

contaminantes que contenga el agua. Son procedimientos que pocas veces se utilizan debido a

que son muy costosos, pues la construccin de una planta de stas cuesta el doble que una de

tratamiento secundario y el cudruple su operacin.

Entre stos mtodos se encuentran la smosis inversa, el intercambio inico o el de la

electrodilisis que se utilizan para la desmineralizacin de las aguas y eliminar los iones orgnicos,

y el de adsorcin con carbono activado que se utiliza para eliminarle al agua los compuestos

orgnicos. Cabe sealar que todos stos mtodos no se utilizan con mucha frecuencia, aunque

sean complementarios para el tratamiento secundario de las aguas de desecho.

Eliminacin de los nutrientes

El mtodo ms comn de tratamiento de aguas negras para la eliminacin de los iones fosfato se

basa en la adicin de compuestos qumicos que forman precipitados slidos con los fosfatos.

Mediante el proceso de floculacin se hace que los precipitados de los fosfatos se sedimenten y

luego son eliminados por medio del proceso de filtracin. Tambin para eliminar los fosfatos del


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agua se est investigando su eliminacin mediante el tratamiento biolgico de intercambio

selectivo de iones.

El nitrgeno orgnico de las aguas negras es transformado en ion amonio por bacterias y a su vez

el ion amonio es transformado por otras bacterias en el ion nitrato. Es ms difcil eliminar los

nutrientes nitrogenados que los fosfatos de las aguas contaminadas. Un mtodo utilizado paraeliminar los nutriente nitrogenados del agua es mediante bacterias desnitrificantes que convierten

el ion nitrato en nitrgeno gaseoso. En este mtodo de biodesnitrificacin se hace pasar

lentamente al agua a travs de una columna que contiene a las bacterias y el nitrgeno producido

se libera a la atmsfera.

Otro mtodo para eliminar el ion amonio consiste en hacerlo reaccionar con un hidrxido para

producir amonaco y agua, luego se hace burbujear aire para separar al amonaco en forma de gas.

Tambin se estn probando otros mtodos para eliminar el ion amonio como el uso de la

electrlisis y el intercambio inico del ion amonio y de los nitratos.

Adsorcin con carbono activado

Este mtodo se utiliza para eliminar materia orgnica disuelta en el agua y consiste en hacer

pasar por columnas rellenas de carbono granular activado al agua. Como el carbono es muy

poroso y tiene una gran superficie de contacto los contaminantes orgnicos se adhieren en la

superficie del carbono y adems sirve para eliminar los slidos en suspensin. Aprovechando la

propiedad de adsorcin del carbono se eliminan los compuestos orgnicos residuales y la mayora

de los slidos en suspensin del agua. El carbono se puede regenerar para reutilizarse medianteun horno para quemar el material orgnico adsorbido.

El proceso de smosis inversa

En el proceso de smosis inversa se requiere de una membrana semipermeable (cuando estn

en contacto con la solucin, permite el paso de pequeas molculas de disolvente y bloquea el

paso de molculas o iones de mayor tamao como el soluto) que solamente permita el paso delagua. Cuando una solucin acuosa (por ejemplo, agua con iones minerales) se separa del agua

mediante una membrana semipermeable, el agua fluye hacia la solucin y debido a esto la

concentracin de iones en solucin disminuye. Este es el fenmeno de la smosis y a la presin

necesaria para evitar que se presente el fenmeno de la smosis se le llama presin osmtica de

la solucin. Sin embargo, este proceso puede invertirse mediante la aplicacin de una presin

sobre la solucin con lo cual el agua es forzada a fluir de la solucin hacia la otra parte del sistema


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(el agua dulce) provocando as la concentracin de los iones. A este fenmeno se le conoce con el

nombre de smosis inversa.

El fenmeno de la smosis inversa es til para la desmineralizacin del agua y para la eliminacin

de materia orgnica y nutrientes disueltos en el agua. La smosis inversa puede llegar a lograr una

desmineralizacin del 90 % con una prdida de aproximadamente el 25 % del agua dealimentacin en forma de sal muera. Se le considera como uno de los mtodos de tratamiento

terciario ms prometedor para el tratamiento del agua contaminada.

La isla de Malta que se localiza en el mar Mediterrneo, est formada principalmente por piedra

caliza y por eso existe poca agua dulce subterrnea. Parte del agua para consumo en la isla se

obtiene por el mtodo de desalinizacin por smosis inversa reduciendo la salinidad del agua de

36000 ppm a menos de 500 ppm (lmite aceptable para el agua potable). La planta desalinizadora

est en Ghar Lapsi y produce 5.3 millones de galones de agua desalinizada por da.

Intercambio inico

Para eliminar el exceso de iones inorgnicos positivos y negativos se utiliza el mtodo de

intercambio inico, el cual se basa en el mismo principio que el mtodo del intercambio por

tratamiento con permanganato de potasio. Cuando el sabor es debido al clorofenol se elimina al

filtrar el agua a travs de carbn activado. El cloro detiene el crecimiento de las algas, tambin lo

hacen el permanganato de potasio y el sulfato de cobre. Si los conductos se ensucian deben

limpiarse y los lechos filtrantes se deben volver a lavar para eliminar las acumulaciones de

muclagos y mejorar la velocidad de caudal.

El mtodo de la electrodilisis

Este mtodo aprovecha la propiedad que tienen los iones en solucin al aplicarles un potencial

elctrico, los iones positivos se desplazan hacia el electrodo negativo (ctodo) y los iones

negativos se desplazan hacia el electrodo positivo (nodo). El mtodo de desmineralizacin del

agua por electrodilisis utiliza una celda elctrica en la que se coloca un tipo especial demembranas dializantes selectivas frente a los electrodos. La membrana permeable a los cationes

permite el paso de los iones positivos y la membrana permeable a los aniones permite el paso a

los iones negativos. Al aplicar el potencial elctrico los iones fluyen hacia la celda de cada uno de

los electrodos de acuerdo a su carga elctrica y a la del electrodo de donde pasan a formar parte

de la sal muera (agua que contiene los aniones y cationes separados en el proceso) y el agua

purificada (contiene menor cantidad de iones) se conduce al recipiente de almacenamiento o


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conducida al sitio donde se utilizar. Con el mtodo de electrodilisis se logra una

desmineralizacin del agua de un 35 % con una prdida de un 16 % del agua alimentada en forma

de sal muera de desecho.

Esterilizacin del agua

La eliminacin completa de las bacterias del agua solamente puede lograrse mediante el proceso

de esterilizacin. La principal sustancia que se utiliza para la esterilizacin del agua es el cloro y se

ha utilizado durante aos. Para su utilizacin es necesario tener presente: la dosificacin exacta,

una buena distribucin y el tiempo suficiente en contacto para que la esterilizacin sea eficaz

(alrededor de 30 minutos). Si no se emplea la cantidad adecuada puede ocurrir que cuando es

insuficiente la esterilizacin no es completa y si se agrega en exceso la esterilizacin es buena pero

le altera el sabor.

Eliminacin de sustancias coloidales mediante coagulantes

La filtracin por medio de arena separa solamente las partculas de gran tamao pero no puede

eliminar arcilla finamente dividida, slice, materia orgnica, bacterias y esporas de algas. Este tipo

de impurezas coloidales se eliminan coagulndolas primeramente y luego mediante filtracin del

agua. Los coagulantes generalmente utilizados son el hidrxido alumnico y a veces el hidrxido

frrico.

Cuando el agua es neutra al agregar el sulfato alumnico se hidroliza formando hidrxido

alumnico coloidal y una cantidad equivalente de cido sulfrico, de acuerdo a la ecuacin

qumica:

Al2(SO4)3 + 6 H2O 2 Al (OH)3 + 3 H2SO4

Si el agua no tiene la suficiente alcalinidad, para que la hidrlisis pueda continuar hasta

completarse, debe agregarse un hidrxido para neutralizar el cido sulfrico formado.

En las aguas alcalinas ocurre la reaccin entre el sulfato alumnico y el carbonato cido de calcio

de acuerdo a la ecuacin qumica:


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Al2(SO4)3 + 3 Ca(HCO3)2 2 Al (OH)3 + 3 CaSO4 + 6 CO2

Para las aguas que contienen poca o ninguna alcalinidad natural, como por ejemplo las aguas

cenagosas, se utiliza un lcali como el hidrxido de calcio o el carbonato sdico, aunque se usa

preferentemente el carbonato de sodio debido a que no aumenta la dureza del agua. La reaccin

se representa mediante la ecuacin qumica:

Al2(SO4)3 + 3 Na2CO3 + 3 H2O 2 Al (OH)3 + 3 Na2SO4 + 3 CO2

El aluminato sdico (NaAl O2) puede emplearse como fuente de hidrxido alumnico para aguas

cidas, y se utiliza con mucha frecuencia junto con el sulfato alumnico. La alcalinidad del

aluminato de sodio se neutraliza con el sulfato alumnico, por lo que se precipita hidrxido dealuminio por dos fuentes: la del aluminato de sodio con agua produce hidrxido de sodio y el

hidrxido de aluminio, y a partir del sulfato alumnico que con el aluminato de sodio y el agua

produce hidrxido de aluminio y sulfato de sodio, de acuerdo a las ecuaciones qumicas:

1) NaAl O2 + 2 H2O NaOH + Al (OH)3

2) Al 2(SO4)3 + 6 NaAl O2 + 12 H2O 8 Al (OH)3 + 3 Na2SO4

El precipitado floculante de hidrxido alumnico producido elimina la materia coloidal por varios

procesos combinados: 1.- Por inclusin sencilla, 2.- Por adsorcin del coloide por el hidrxido

alumnico, y 3.- Por neutralizacin de las micelas coloidales positivas mediante el hidrxido

alumnico coloidal negativo que se produce.

La adicin de coagulante puede hacerse en las instalaciones de filtracin por gravedad mediante

un simple mecanismo de distribucin, y para las instalaciones de presin se utilizan generalmente

bombas de inyeccin. Es fundamental el mezclado homogneo de los reactivos con el agua y quese sedimente la mayor cantidad posible de slidos antes que el agua pase a los filtros ya que esto

facilita y acelera el proceso de filtracin.

Tratamiento al amonaco-cloro


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El sabor del agua se debe principalmente al contenido de materia orgnica y al cloro, otras veces

puede ser por fenol que proviene de afluentes de las industrias.

Este tratamiento del agua es adecuado cuando se trat con cloro y estn presentes trazas de

impurezas que producen sabor al agua. Se agrega el amonaco gaseoso y la reaccin entre el

amonaco y el cloro produce la dicloramina (NHCl2), que probablemente, la dicloramina no tenga

propiedades esterilizantes pero al descomponerse libera cloro que s es bactericida. La adicin del

amonaco estabiliza al cloro por lo que su accin es ms prolongada y esto es importante para

cuando el agua es almacenada despus de ser tratada.

El grado de contaminacin de las aguas residuales y la eficacia del proceso de esterilizacin se

determina mediante una prueba bacteriolgica para el Bacillus coli. Cuanto menor sea la cantidad

de agua en la cual se pueda encontrar la bacteria, mayor es el grado de contaminacin de esa

agua. El proceso de esterilizacin es ms eficaz cuanto mayor sea el volumen de agua tratada que

hay que utilizar para encontrar al Bacillus coli.

El cloro, el hipoclorito de sodio y la mezcla amonaco-cloro se utilizan mucho para la desinfeccin

del agua de las albercas.

Para la esterilizacin de las aguas tambin se utiliza al ozono y a las radiaciones ultravioleta. La

radiacin de las lmparas de cuarzo-mercurio a presin elevada y con un tiempo de contacto de

1.75 segundos se ha logrado una destruccin eficaz del Bacillus coli y del Bacillus typhosus.

Tratamiento con exceso de cal

Este tratamiento se utiliza para realizar un reblandecimiento parcial unido a una disminucin

sustancial del nmero de bacterias, por ejemplo, hay aguas crudas de una dureza de alrededor de

45 partes/100,000 y que contienen Bacillus coli detectable en un centmetro cbico de agua.

Primero se almacena 8 o 9 das el agua y luego se trata con hidrxido de calcio y sulfato alumnico

(la dosificacin se hace con un exceso de cal que asciende a partes de hidrxido de calcio en

100,000 partes). Una vez que se ha depositado el sedimento, el exceso de hidrxido de calcio se

elimina tratndolo con bixido de carbono con lo que se forma el carbonato de calcio que

precipita y se elimina por medio de filtracin rpida. Se representa mediante la ecuacin qumica:

Ca(OH)2 + CO2 --------> CaCO3 + H2O


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A pequea escala, los bicarbonatos solubles pueden eliminarse agregando amonaco o hidrxido

de sodio, de acuerdo a las ecuaciones qumicas:

Ca(HCO3)2(aq) + 2 NH4OH(aq) CaCO3(S) + (NH4)2CO3(aq) + 2 H2O(L)

Ca(HCO3)2(aq) + 2 NaOH(aq) CaCO3(S) + Na2CO3(aq) + 2 H2O(L)

Puede observarse que el hidrxido de calcio elimina los bicarbonatos solubles de calcio y de

magnesio completamente, pero la dureza originada por el bicarbonato de magnesio produce un

equivalente de sulfato de calcio.

La dureza permanente del agua debida a la presencia del sulfato de calcio se elimina con laadicin de carbonato de sodio y la reaccin que ocurre entre el sulfato de sodio y el carbonato de

sodio produce el carbonato de calcio que precipita y el sulfato de sodio. Agregando un exceso de

carbonato de sodio del necesario tericamente, se logra la eliminacin ms rpida y de manera

ms completa la dureza permanente del agua. Se representa mediante la ecuacin qumica:

CaSO4 + Na2CO3 CaCO3 + Na2SO4

Para eliminar la dureza temporal y la permanente se puede utilizar jabn. La dureza generada

por el carbonato de magnesio no puede eliminarse por calentamiento debido a que no precipita

completamente porque es ligeramente soluble.

Modificaciones al proceso de la cal sodada

La eficacia del proceso de la cal sodada puede mejorarse de manera considerable si se agrega

una pequea cantidad de aluminato sdico. Al entrar en solucin el aluminato de sodio sehidroliza produciendo hidrxido de sodio e hidrxido alumnico coloidal.

NaAl O2 + 2 H2O NaOH + Al (OH)3


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A medida que reacciona y se consume el hidrxido de sodio (producido por la hidrlisis del

aluminato de sodio) y eliminar el bicarbonato de calcio y las sales de magnesio sigue ocurriendo la

hidrlisis del aluminato de sodio.

Al observar las reacciones que ocurren como consecuencia de la hidrlisis del aluminato de sodio

se puede dar cuenta de la utilidad del uso del aluminato de sodio al ablandar el agua y acelerar elproceso de precipitacin, haciendo ms eficiente y rpida la eliminacin del hidrxido de

magnesio.

Como el hidrxido de sodio elimina un equivalente de la dureza temporal generada por el

bicarbonato de calcio o un equivalente de bicarbonato de magnesio el empleo del aluminato de

sodio permite reducir la cantidad requerida de hidrxido de calcio.

Luego el hidrxido de sodio formado reacciona eliminando la dureza generada por el

bicarbonato de calcio de acuerdo a la ecuacin qumica:

Ca(HCO3)2(aq) + 2 NaOH(aq) CaCO3(S) + Na2CO3(aq) + 2 H2O(L)

Ablandamiento del agua con carbonato brico y cal

Esta modificacin al proceso de la cal sodada se utiliza tanto para ablandar el agua como parareducir la cantidad de slidos disueltos. En este proceso la dureza temporal y las sales de magnesio

se eliminan por la accin de la cal.

La reaccin entre el carbonato de bario y el sulfato de calcio produce el carbonato de calcio y el

sulfato de bario los cuales son insolubles y precipitan, segn la ecuacin qumica:

BaCO3 + CaSO4 -------> CaCO3 + BaSO4

Cuando se utiliza el carbonato de sodio pasa a la solucin un equivalente de sulfato de sodio

correspondiente al sulfato de calcio eliminado.

Ablandamiento del agua por zeolitas


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Este mtodo sirve para eliminar dureza del agua y los constituyentes formadores de

incrustaciones pero no reduce la cantidad total de slidos disueltos, puesto que se forman

carbonato y sulfato de sodio equivalentes a las sales productoras de dureza eliminadas.

La palabra zeolita se aplica a un grupo de minerales que son esencialmente silicatos hidratados

de aluminio, calcio, sodio, potasio o hierro. Las zeolitas que se utilizan para el ablandamiento de

aguas son las de silicatos de aluminio y sodio, tanto naturales (natrolita y analcina) como sintticas

que tienen la propiedad de poder cambiar sus bases. Los iones aluminio y potasio sustituyen al

ion silicio. El ion aluminio toma el lugar del ion silicio en el centro de un tetraedro del ion silicato y

el ion potasio (que es monovalente) se coloca en algn lugar cercano en un orificio de la estructura

cristalina. La natrolita, Na2(Al2Si3O10)2.H2O, y las zeolitas sintticas se caracterizan por tener una

estructura porosa a travs de la cual puede pasar la molcula de agua con relativa facilidad.

La zeolita natural se obtiene a partir de la glauconita que es un silicato amorfo hidratado de

fierro y potasio que casi siempre contiene calcio y magnesio. Las zeolitas naturales no son muyreactivas comnmente pero son ms estables que las sintticas.

Cuando el agua que contiene disueltas las sales de calcio o de magnesio pasa lentamente a

travs de un lecho de zeolita de sodio insoluble triturada, los iones de calcio y de magnesio en

solucin tienden a ser atrados por el mineral, y los iones potasio o sodio se desprenden de la

zeolita y se intercambian por el ion calcio o el ion magnesio. A este proceso se le conoce como

intercambio inico. De esta manera la zeolita de sodio se convierte, gradualmente, en una zeolita

insoluble de calcio y magnesio, mientras que el agua contiene los iones sodio en cantidad

equivalente a los iones de calcio y magnesio que han sido eliminados.

Entre las resinas de intercambio inico est la polimerizacin fenol-formaldehdo en la que el

cido fenolsulfnico sustituye parte del fenol. El polmero resultante contiene grupos cido

sulfnico (SO3H1- ) a lo largo de la cadena y puede actuar como resina de intercambio inico.

Utilizndola junto con una resina que intercambie iones OH- por iones negativos tales como los

cloruros, carbonatos y bromuros se pueden eliminar sales del agua. El intercambiador de iones H+

elimina a los iones como los de sodio, potasio, magnesio, calcio, fierro y libera iones hidrgeno en

el agua, mientras que el otro elimina los iones como cloruros, sulfatos y carbonatos.

Las resinas sintticas del tipo fenol-formaldehdo pueden absorber cationes de las soluciones

acuosas diluidas y tener propiedades cambiadoras de hidrxidos. Las resinas ms eficaces de este

tipo se preparan condensando fenoles polihdricos, tales como el resorcinol, pirogalol, cido tnico

, cido glico con formaldehdo. Su actividad se incrementa calentando el fenol con sulfato de

sodio acuoso durante varias horas antes de la condensacin.

Las resinas sintticas bsicas preparadas a partir de la m-fenilendiamina y compuestos similares

pueden absorber aniones como el ion cloruro despus de activarlas por tratamiento con lcalis.

Con el empleo consecutivo de estos dos tipos de resinas puede eliminarse del agua tanto los


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radicales alcalinos como los cidos e incluso el agua de mar puede purificarse casi como si fuera

agua destilada.

La zeocarb es una sustancia de este tipo y se obtiene tratando carbn o lignito con cido

sulfrico fumante, cido clorosulfnico o anhdrido sulfrico. Presenta propiedades como las de

las zeolitas de intercambio normal de lcalis, y el ion hidrgeno de la resina puede intercambiarsepor otros cationes, de tal manera que los slidos totales se pueden eliminar del agua. La

regeneracin de estas sustancias y de las resinas sintticas se completa por tratamiento con

salmuera y cido sulfrico.

La zeolita inactiva puede regenerarse lavando el lecho con una solucin concentrada de cloruro

de sodio. De esta manera la zeolita puede volverse a utilizar para eliminar los iones de calcio y

magnesio. La zeolita puede utilizarse casi indefinidamente alternando el uso y la regeneracin con

la solucin de cloruro de sodio y el lavado. Siempre hay que reponer una cierta cantidad de zeolita

ya que se desintegra cierta cantidad, especialmente si se utiliza agua caliente o si se deja que la

zeolita se agote demasiado antes de la regeneracin.

Para otros tratamientos conviene consultar: Tratamiento 1, 2 y 3

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