APLICACIÓN DE PROCESOS DE COAGULACION-FILTRACION PARA REMOVER ARSENICO DE AGUAS DE BAJA TURBIEDAD QUE ABASTECEN POBLACIONES PEQUEÑAS ó < 10000 HABITANTES INTRODUCCION El consumo de agua potable con arsénico podría producir, en el largo plazo, de acuerdo a estudios publicados recientemente (1) (2) (3), serios problemas de salud por lo que es necesario removerlo del agua potable (4). Cuando la fuente de agua contaminada es subterránea, la remoción de As puede resultar una tarea compleja y costosa (5). Muchas poblaciones de <10000 habitantes usan agua subterránea como fuente de abastecimiento, es decir, aguas con muy baja turbiedad por lo que, en general, no requieren tratamientos y solo son desinfectadas antes de su distribución. En el caso que el agua subterránea presente As en concentración superior a 0,010 mg/l, limite recomendado por la OMS (6), el abastecimiento de agua potable a la población se complica bastante ya que para cumplir con esta regulación será necesario pasar de un sistema que nunca ha requerido de tratamiento y por tanto no cuenta con infraestructura de tratamiento, a un sistema que si lo requiere y por tanto demandaría costos de inversión adicionales y una operación mas especializada (7). La literatura reciente informa de muchos métodos para remover arsénico del agua. El método dependerá de la cantidad de agua a tratar, de la concentración y forma del As, de la presencia de otros constituyentes iónicos y del grado de sofisticación que pueda ser aplicado al sistema. La USEPA identifica como las mejores tecnologías para remover As (V): intercambio iónico, separación por membrana, electrodiálisis reversa, adsorción en alúmina activada y coagulación-filtración (8). En el caso específico de aguas subterráneas, USEPA recomienda osmosis inversa, resinas de intercambio y ablandamiento con cal. Muchos de estos tratamientos son de alto costo y su eficiencia puede resultar disminuida por presencia, en el agua cruda, de iones competidores por los sitios de adsorción/intercambio. Otros sólo se podrán usar con ciertas calidades de agua (8). En cualquier caso los costos de remoción serán altos a menos que se encuentren tecnologías innovativas. Dado que en Chile se tienen muchos años de experiencia en remoción de arsénico, mediante procesos de coagulación convencional, se ha investigado, para el caso de aguas de baja turbiedad, el empleo de este mismo proceso de coagulación, pero simplificado eliminando la floculación y decantación, lo que reduce el área requerida y los costos de construcción, operación y mantención del proceso. El manejo y disposición de los lodos generados en el tratamiento seguirá siendo un importante desafío. METODOS El método de coagulación simplificado requiere adición de una dosis baja de coagulante que genere la formación de hidróxidos metálicos sobre los que se adsorba el As. Estos flocs-As podrán ser separados del agua por una filtración en lecho mixto arena-carbón o arena antracita. El éxito de la remoción de As radicará en la calidad del agua cruda (pH y estado de oxidación del As) y en la eficiencia del proceso de filtración. Esto último significa que la presencia de turbiedad residual podría considerarse un indicador indirecto de arsénico residual. Este método de remoción de arsénico se experimentó con aguas subterráneas del Norte y Centro del país cuya calidad físico-química se muestra en Tabla 1. Las experiencias se hicieron a escala de planta piloto (Fig. N°1), constituida por un estanque de mezcla y un filtro piloto cuyas condiciones de operación se muestran en Tabla N°2. La dosis óptima de coagulante a utilizar y la necesidad de pretratamientos de oxidación y ajuste de pH se investigó previamente, a nivel de prueba de jarras. La determinación de As se hizo por absorción atómica-horno de grafito. Figura 1: Planta Piloto Coagulación Simplificada TABLA N°1 CALIDAD DE AGUAS SUBTERRANEAS pH As (mg/l) SDT (mg/l) Alcalinidad (mg/l Ca CO3) Manganeso (mg/l Mn) Dureza (mg/l Ca CO3/) Turbiedad (UNT) Silice (mg/l Si O2) Sulfato (mg/l SO4) Fosfato (mg/l PO4) Agua-Norte 7.7 0.070 730-790 56 0.2 388 <2.0 - Agua-Centro 9.01 0.055 63 <0.038 35 16.4 45 <0.092 TABLA N°2 CONDICIONES DEL PROCESO DE COAGULACION-FILTRACION A ESCALA DE PLANTA PILTO Agua Cruda Agua-Norte pH As Oxidación Ajuste pH Dosis coagulante (mg/l Fe Cl3) Agua-Centro 7.7 0.070 Pretratamiento 9.01 0.055 Norte Centro Si No Coagulación No Si 4 8 Filtración 10 5 Tasa filtración (m3/m2 d) Carrera filtros (h) Tasa lavado filtros (l/s m2) Tiempo de lavado (min) Material del lecho Operación del filtro 150 70 h 10 10 arena-carbón chileno continua Agua Tratada 264-312 8 15 16 arena-antracita discontinua As residual (mg/l As) 0.03 (4 mg/l Fe Cl3) 0.005 (8 mg/l Fe Cl3) 0.004 (10 mg/l Fe Cl3) 0.011 (5 mg Fe Cl3) Las experiencias con Agua-Norte fueron realizadas a inicios de los 90s (9) y las con Aguas-Centro en 2003 (10). En el caso del Agua-Norte por limitaciones de disponibilidad de agua, ya que se trata de una zona desértica, se recirculó el agua clara de lavado de filtros, en el caso del Agua- Centro esto no se hizo. RESULTADOS Y DISCUSION Las Figuras N° 1, 2 y 3 muestran los resultados obtenidos con ambas aguas. El método de coagulación simplificado mostró siempre una muy buena eficiencia para remover As de aguas de baja turbiedad. La estabilidad de los resultados mejora si no se recircula el agua de lavado de los filtros. Para el Agua-Centro se obtuvo, en forma consistente As residual inferior a 0.001 mg/l. En el caso del Agua-Norte los buenos resultados obtenidos en los 90s en la planta piloto, llevaron a la construcción de una planta de tratamiento de 32L/s que está funcionando desde 1998 (Fig. N°2) con procesos de pre-oxidación-coagulación/adsorción y filtración. El tratamiento entrega aguas con As < 0.00x. Esta planta Agua-Norte consta de 4 filtros (2,5 m de altura y 1,2 m de diámetro) cuyo lecho filtrante está formado por 0,4 m de arena 0,14 Agua Cruda Agua Tratada 0,12 10 mg/l FeCl3 Arsénico (mg/l) 0,10 5 mg/l FeCl3 NORMA CHILENA 0,08 0,06 0,04 0,02 0,00 7650 7700 7750 7800 7850 7900 7950 8000 Vol. Agua tratada / Vol. Lecho Figura 1. Resultados obtenidos en la planta piloto con Agua Centro 0,14 Agua.Cruda Agua Tratada 0,12 20 mg/l FeCl3 2 mg/l FeCl3 Arsénico (mg/l) 0,1 12 mg/l FeCl3 0,08 0,06 4 mg/l FeCl3 1 mg/l FeCl3 0,04 8 mg/l FeCl3 6 mg/l FeCl3 0,02 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Tiempo (Hrs) Figura 2: Resultados obtenidos en planta piloto con agua Norte 50 0,07 Agua Tratada 0,06 Arsénico (mg/l) 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0 Ene-00 Jun-00 Nov-00 Abr-01 Sep-01 Feb-02 Jul-02 Dic-02 May-03 Fechas (meses) Figura 3: Resultados obtenidos en planta real con Agua Norte Período 2000-2003 y 1.0 m de carbón nacional. Desde su puesta en marcha condiciones de operación se han estado variando para optimizar la eficiencia de remoción de As (Fig. 3 ) mas allá de lo que exige la regulación actual (0.050 mg/l) sobre concentración de arsénico en el agua potable. En el caso del Agua-Centro el tratamiento propuesto para la remoción de As a escala de planta incluye pre-oxidación-ajuste de pH-coagulación/adsorción y filtración. El tratamiento propuesto está siendo optimizado y evaluado económicamente dado que, de acuerdo a la regulación chilena, serán los consumidores quienes en definitiva pagarán el costo de este tratamiento. CONCLUSIONES Los resultados muestran la efectividad del proceso de coagulación simplificada para remover As de aguas de baja turbiedad, como es el caso de las aguas subterráneas. El éxito del proceso depende, principalmente del diseño del sistema de tratamiento que debe asegurar la formación de los microflocs (tiempo de contacto y velocidad de mezcla) que adsorben el As y la separación de éstos de la fase líquida durante el proceso de filtración. El acondicionamiento previo del pH de agua cruda no siempre sería necesario ya que muchas aguas presentan, naturalmente, el pH en el rango requerido. La oxidación con Cl2 es un pretratamiento que siempre será recomendable para asegurar presencia de As (V) y proteger el medio filtrante de crecimientos biológicos. El proceso de coagulación simplificada utiliza reactivos, a dosis reducidas, normalmente usados en tratamiento de aguas. El tratamiento genera lodos cuya concentración de As estará directa en relación con el volumen de agua tratada, en el proceso de coagulaciónfiltración, volumen de agua usada en el lavado y eficiencia de remoción alcanzada. El arsénico removido podrá ser eliminado en solución o en fase sólida. En ambos casos se deberán tomar las precauciones indicadas para el manejo de residuos tóxicos. Una ventaja adicional de este método de remoción de arsénico es que requiere de un operador de calificación media. La operación puede controlarse, diariamente, mediante el uso de equipos de terreno para medición de arsénico y equipos “on line” para medición de turbiedad residual. AGRADECIMIENTOS REFERENCIAS World Health Organization WHO (1993) Guidelines for Drinking Water Quality. Recommendations, Vol 1, 2nd ed. Sancha A.M. (2003). Removing arsenic from drinking water: a brief review of some lessons learned and gaps arisen in chilean water utilities In: Arsenic Exposure and Health Effects V. W.R. Chappel, C.O. , Abernathy, R. C. Calderon editors 2003 Elservier Science Ltd. Chapter 36, 469-473. Ruiz G., Perez O., Sancha A.M. (1992). Direct filtration for the treatment of groundwater with Arsenic in Chile. XXIII Congreso Interamericano de Ingeniería Sanitaria y Ambiental. La Habana, Cuba (In Spanish). Fuentealba C. (2003). Pilot Plant to remove Arsenic from a groundwater source of potable water. Undergraduate Thesis. Dep. Civil Eng. Universidad de Chile (In Spanish).