ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERÍA TÉCNICA INDUSTRIAL

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID

TRATAMIENTO DE BAJO COSTE PARA AGUAS CONTAMINADAS POR ACTIVIDADES DE MERNINERÍA

Mª Teresa Hernández Antolín

Laura Sanz Rodríguez

José Antonio Mancebo Piqueras

ÍNDICE

1. Análisis de la actividad minera

2. Estudios previos de calidad del agua

3. Posibles impactos ambientales en el río Chuyuhual

4. Resultados de calidad del agua del río Chuyuhual

5. Estado de los contaminantes en el agua

6. Propuesta de actuación para el tratamiento del agua con metales

7. Instalación de tratamiento

7.1. Tratamiento inicial del agua

7.2. Tratamiento de metales

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1. Ubicación de la zona de estudio

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Río Chuyuhual

Departamento La Libertad, Perú

Coordenadas Latitud 7° 48´ 0´´ NLongitud 78° 13´ 0´´ E

Altitud 3160 m

2. Actividad minera cercana al río Chuyuhual

� Extracción de oro por la empresa Barrick Misquichilca S.A.:Proyecto Alto Chicama:

4

2. Actividad minera cercana al río Chuyuhual

�Pequeña minería aurífera:

La pequeña minería produce más efecto sobre el medio ambiente por unidad de producción que la gran minería.

5

3. Posibles impactos ambientales en el río Chuyuhual

6

4. Resultados calidad del agua río Chuyuhual

Calidad del agua en el

río Chuyuhyal,

año 2010

Arsénico

(mg/l)

Manganeso

(mg/l)

Cobalto

(mg/l)

Mercurio

(mg/l)

Molibdeno

(mg/l)

P35 <0,01 0,4148 0,033 0,0045 0,036

P36 0,03 0,6267 0,043 0,0056 0,052

P39 0,03 0,7734 0,049 0,0066 0,061

Categoría 1

A1 0,01 0,1 NC 0,001 NC

A2 0,05 0,4 NC 0,002 NC

A3 0,05 0,5 NC 0,002 NC

Legislación en Perú:

•Ley de Recursos Hídricos N° 29338 •Estándares Nacionales de Calidad Ambiental para Agua, ECA.

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5. Estado de los contaminantes en el agua

Arsénico Manganeso Mercurio

Compuestos en el agua

inorgánicos inorgánicos Inorgánicos y orgánicos

Estados frecuentes

As (III) � H3AsO3

As (V) � H3AsO4

Mn (II) � Mn(OH)2, MnO2

Inorgánicos: Hg2+2 y Hg+2

(Hg(OH)2, HgCl2, HgClOH.Orgánicos: CH3Hg+: CH3HgCl, CH3HgOH(CH3)2Hg

Toxicidad

Diferente según el estado;

As (III) más tóxico que As (V).

Todos los compuestos producen efectos similares.

Depende de la especie química.Metilmercurio mayor toxicidad

Efectos en la salud

Arsénico inorgánico cancerígeno (EPA)

Desórdenes neurológicos y psíquicos.

Todos producen cambios en los sistemas neuronales de los humanos.Bioacumulación y biomagnificaciónMetilmercurio: enfermedad Minamata (Japón).

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6. Propuesta de actuación para el tratamiento de

agua con metales

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Contaminante Método de eliminación Efecto

Manganeso Fotocatálisis con TiO2 Mn+2 se oxida a Mn+4

Sedimentación Precipita como MnO2

Arsénico Fotocatálisis con TiO2 As+3 se oxida a As+5

Coagulación/floculación Precipita el As+5

Mercurio Coagulación/floculación Precipitan compuestos de Hg+2 y el Hg2+2

Adsorción con adsorbente natural Adsorción de compuestos de mercurio

Tras una serie de tratamientos iniciales del agua para eliminar los sólidos en suspensión, se procede al tratamiento de metales.

7. Instalación de tratamiento

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7.1. Tratamiento inicial del agua

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Condiciones iniciales

�Sistema de rejas

�Sedimentador primario

Largo, m Ancho, m Profundidad, mCarga hidráulica,

m3/(m2.día)

Velocidad de

sedimentación (cm/s)

Tiempo de

sedimentación, h

5 0,9 0,4 33,35 4,3 .10-3 3

7.1. Tratamiento inicial del agua

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� Sistema de filtración: dos filtros de lecho ascendente con grava

Características del filtro

Velocidad de filtración (caudal/área) (m/h) ≤1,5Capas Espesor (m) Tamaño (mm)Capa 1 (grava) 0,1-0,3 6,4-12,7Capa 2 (grava) 0,2-0,4 2,4-4,8Capa 3 (arena) 0,3-0,5 0,4-1,8Espesor total del lecho (m) ≥1,2Altura de agua sobre la superficie del lecho

(m)≥0,4

Pendiente del fondo (%) ≥12,5Separación entre losas/ladrillos (mm) 20-30Ancho de losas/ladrillos (cm) 10-15Velocidad de descarga de lavado (m/min) 1Velocidad de canal de lavado (m/min) 1,5

7.1. Tratamiento inicial del agua

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� Sistema de filtración: dos filtros de lecho ascendente con grava

� Sistema de aireación: aereador en cascada.

Nº de escalones Altura del escalón,

cm

Anchura del escalón,

cm

Profundidadel escalón,

cm

5 19 19 19

� Fotocatálisis con TiO2

Fundamento teórico

� Fotoexcitación de un semiconductor sólido (dióxido de titanio) debido a la absorción de

radiación electromagnética.

� Dióxido de titanio: Degussa P25 (70 % anastasa y 30 % rutilo)

� Reacciones:

TiO2 + hע→ TiO2 + e-bc + h+

bv

Formación de radicales hidroxilo:H20 + h+ � OH• + H+

OH- +h+ � OH•

Reducción del oxígeno:e- +O2 � O2

-•

Oxidación del As (III) y Mn (II) por la acción de h+ y OH• a As (V) y Mn (IV)

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7.2. Tratamiento de metales

� Fotocatálisis con TiO2.

Características

� Irradiación: Alta, irradiación media anual en la zona 5,5 kWh/m2.

� Reactor: Captadores Parabólico Compuestos (CPCs), captadores estáticos con una superficie reflectante

que sigue una involuta alrededor de un reactor cilíndrico. Se disponen de 5 reactores en paralelo.

� Detalles del reactor:

� Disposición del catalizador: inmovilizado.

� Determinar en laboratorio: Concentración de catalizador, tiempo de retención y pH óptimos.

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7.2. Tratamiento de metales

� Coagulación/floculación

Los compuestos de arsénico y mercurio se adhieren a los coágulos formados.

Test de Jar: Determinación del coagulante óptimo (Al(SO4) 3 o Fe(SO4) 3), concentración de coagulante, pH y tiempo de floculación y sedimentación óptimos.

Planta piloto:

Esquema Características

Vertedero triangular

Tiempo de mezcla: 0,125 s Gradiente de velocidad: 780 s-1

Largo: 0,26 mAncho: 0,14 mAlto: 0,4 m

Floculador de paletas

V: 2,083 lSección cuadrada: L: 1,28 mNº paletas perpendiculares al eje: 3Potencia motor: 0,023 HPGradiente de velocidad: 75 s-1

Sedimentador Largo: 5 mAncho: 0,9 mProfundo: 0,4 m

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7.2. Tratamiento de metales

� Adsorción

• Columnas de lecho fijo: Concentraciones en la fase fluida y en la fase sólida varían con el tiempo y con la posición en el lecho.

• Determinar en laboratorio las condiciones óptimas y el tiempo de ruptura.

• Adsorbente: cenizas de madera de eucaliptus tratadas. o Buena capacidad para adsorber mercurio

o Madera típica de Perú.

• Podría utilizarse otro adsorbentes, siempre que se demuestre su capacidad de adsorción mercurio.

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7.2. Tratamiento de metales

Gracias

P.F.C. Laura Sanz Rodríguez 19