Ferrari, Ricardo René - Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

R. R. Ferrari y O. J. Graieb : Tratamientos de Bajo Costo para la Remoción de Arsénico en Aguas de Consumo Humano
Tratamientos de Bajo Costo para la Remoción de
Arsénico en Aguas de Consumo Humano
Ricardo René Ferrari(1) y Oscar Julio Graieb(2)
1: Cátedra Laboratorio de Evaluación y Control de Contaminantes Ambientales - Departamento de
Ingeniería de Procesos y Gestión Industrial - Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología Universidad Nacional de Tucumán - Av. Independencia 1800 - 4000 San Miguel de Tucumán
(Argentina) - Investigador Invitado del Centro de Investigación y Desarrollo en Ingeniería Ambiental
(CEDIA) - rferrari@herrera.unt.edu.ar
2: Director del Centro de Investigación y Desarrollo en Ingeniería Ambiental (CEDIA) Facultad
Regional Tucumán - Universidad Tecnológica Nacional - Rivadavia 1050 - 4000 San Miguel de
Tucumán (Argentina) - vvdgraieb@yahoo.com.ar
Low Cost Treatment for the Arsenic Removal in Human
Consumption Waters
Abstract
The objective of this work is to select low cost technologies to the arsenic
removal in waters in relation to its applicability to the water supply in
scattered rural areas.
The drinking water supply in rural areas which sources are arseniccontaminated is a difficult problem to solve, particularly in underdeveloped
countries or regions. Some of the factors to consider at the moment of
adopting a removable treatment are the access to the technology costs, the
operation complexity of the processes, the social acceptability and to
distribution and storage problems.
Different available technologies are analyzed in this paper; they are put
into groups according to the dominant unit process and they are classified
according to the parameters ‘cost’ and ‘population density’, taking into
account, in rough estimate, the installation fixed costs, the operation
costs, the complexity of the operation and its maintenance, the social
acceptability and the technologic accessibility.
The results show that for populations of nearly 20 inhabitants, the more
appropriate technologies are the based on simple process of absorption or
combined with process of sedimentation. For population of nearly 100
inhabitants the technologies which seem to be more favorable are the
decantation ones using ferric oxide and the absorption technologies which
use active alumina.
Key Words: arsenic,
contamination.
drinking
water,
water
treatment,
— Ciencia, Vol. 5, Nº 20, Mayo 2010. Página 173 —
water
R. R. Ferrari y O. J. Graieb : Tratamientos de Bajo Costo para la Remoción de Arsénico en Aguas de Consumo Humano
Resumen
El objetivo de este trabajo es seleccionar tecnologías de bajo costo para la
remoción de arsénico en aguas, en función de su aplicabilidad para el
abastecimiento de poblaciones rurales dispersas. La provisión de agua
potable en zonas rurales cuyas fuentes se encuentran contaminadas con
arsénico es un problema de difícil solución, sobre todo en los países o
regiones subdesarrolladas. Los costos de acceso a la tecnología, la
complejidad de operación de los procesos, la aceptabilidad social y los
problemas de distribución y almacenamiento de las aguas tratadas son
algunos de los factores a considerar al momento de adoptar un
tratamiento de remoción.
En el trabajo se analizan distintas metodologías disponibles, se las agrupa
de acuerdo al proceso unitario dominante y se clasifican según los
parámetros “costo” y “densidad de población”, teniendo en cuenta en forma
estimativa los costos fijos de instalación, los costos de operación, la
complejidad de la operación y el mantenimiento, la aceptabilidad social y
la accesibilidad de la tecnología.
Los resultados muestran que para poblaciones de hasta 20 habitantes, las
tecnologías más apropiadas son las basadas en procesos simples de
adsorción o combinadas con procesos de sedimentación. Para poblaciones
de hasta 100 habitantes, las tecnologías que se presentan como más
favorables son la decantación utilizando óxido férrico y la adsorción
utilizando alúmina activada.
Palabras clave: Arsénico;
Contaminación del agua.
Agua
potable;
Tratamiento
de
agua;
Introducción
El objetivo de este trabajo es realizar una evaluación de distintas propuestas
tecnológicas
de
abatimiento
existentes
para
el
tratamiento
de
aguas
contaminadas con arsénico y realizar una clasificación preliminar de las
mismas de acuerdo a su adaptabilidad para países en desarrollo.
El tratamiento de aguas contaminadas con arsénico para consumo humano es
un problema de difícil solución, sobre todo en poblaciones rurales dispersas o
de baja densidad, que habitan en países pobres o en desarrollo. Los
principales factores limitantes son los costos de acceso a la tecnología, la
complejidad de operación de los procesos, la aceptabilidad social y los
problemas de distribución y almacenamiento de las aguas tratadas.
— Ciencia, Vol. 5, Nº 20, Mayo 2010. Página 174 —
R. R. Ferrari y O. J. Graieb : Tratamientos de Bajo Costo para la Remoción de Arsénico en Aguas de Consumo Humano
Metodología
Se
analizan
en
este
trabajo
distintas
tecnologías
recopiladas
por
el
Massachussets Institute of Technology (1), clasificando a cada tecnología
según el proceso unitario dominante y efectuando el análisis cualitativo de los
factores limitantes de acuerdo a las características socio-económicas de la
Provincia de Tucumán.
Los
procesos
unitarios
considerados
son:
filtración,
coagulación/
coprecipitación, sedimentación, oxidación, adsorción, intercambio iónico,
ósmosis inversa y procesos biológicos.
Para los procesos de adsorción se consideran materiales adsorbentes
granulares como alúmina activada, carbón vegetal y pulpa de papel. Se
analizan procesos de conversión del arsénico soluble en productos insolubles
para su remoción mediante filtración y sedimentación. Los procesos de
coagulación o floculación presentarían la desventaja de la dificultad en la
preparación, dosificación y forma de aplicación de los agentes floculantes.
La clasificación se efectúa en base a los parámetros “costo” y “densidad de
población”, teniendo en cuenta en forma estimativa los costos fijos de
instalación, los costos de operación, la complejidad de la operación y el
mantenimiento, la aceptabilidad social y la accesibilidad de la tecnología.
Como base para el análisis se considera un consumo de 3 litros/habitante/día
para las poblaciones de hasta 100 habitantes, aplicado a agua de bebida y
para cocción de alimentos. Para poblaciones de más de 100 habitantes se
considerara un consumo de 10 litros/habitante/día para los servicios no
centralizados
y
de
50
litros/habitante/día
en
el
caso
de
realizarse
tratamientos centralizados a nivel comunitario.
Resultados
Los resultados obtenidos de los análisis cualitativos de los procesos y
tecnologías involucrados se presentan en las Tablas Nº 1 y Nº 2. La Tabla Nº 3
presenta una síntesis de las tecnologías que presentan menores costos.
— Ciencia, Vol. 5, Nº 20, Mayo 2010. Página 175 —
R. R. Ferrari y O. J. Graieb : Tratamientos de Bajo Costo para la Remoción de Arsénico en Aguas de Consumo Humano
TECNOLOGIA DE REMOCION DE
ARSENICO
TIPO DE PROCESO
1=Bajo
2=Medio
3=Alto
COSTO
Adsorción utilizando oxido metálico
de alúmina activada
Adsorción utilizando una columna de
alúmina activada
Adsorción utilizando un filtro de
alúmina activada
Adsorción
3
Adsorción
2
Adsorción
1
Filtro simple con hierro metálico
Adsorción
1
Oxido/reducción y adsorción
1
Columna rellena con hierro
metálico/arena y agregado de barita
Recipiente plástico relleno con hierro
metálico
Recipientes cerámicos con relleno
de hierro metálico/carbón vegetal
Decantación utilizando oxihidróxido
férrico
Pulpa de papel de diario recubierta
con hidróxido férrico
Columna rellena con hidróxido
férrico granular
Recipientes rellenos con
GrametFerlat ™ (relleno de silicato y
hierro)
Columna rellena con "Chitosan"
impregnado con molibdato
Adsorción utilizando laterita (proceso
batch)
Adsorción utilizando laterita (proceso
continuo)
Tubos absorbentes rellenos con
arcillas modificadas
Filtración biológica utilizando
microorganismos
Reducción/coagulación/
coprecipitación/ adsorción
Precipitación/sedimentación/filtración
/adsorción
1
1
Adsorción
1
Adsorción
1
Coagulación/filtración/ adsorción
3
Adsorción
3
Adsorción
3
Adsorción
1
Adsorción
2
Adsorción
3
Biológico
3
Tabla Nº 1: Tecnologías de remoción de arsénico clasificadas de acuerdo al costo
— Ciencia, Vol. 5, Nº 20, Mayo 2010. Página 176 —
R. R. Ferrari y O. J. Graieb : Tratamientos de Bajo Costo para la Remoción de Arsénico en Aguas de Consumo Humano
TECNOLOGIA DE REMOCION
DE ARSENICO
TIPO DE PROCESO
1=1 a 20
habitantes
2=1 a 100
habitantes
3= 101 o más
habit.
DENSIDAD DE
POBLACION
Adsorción utilizando oxido
metálico de alúmina activada
Adsorción utilizando una
columna de alúmina activada
Adsorción utilizando un filtro de
alúmina activada
Adsorción
2
Adsorción
2
Adsorción
1
Filtro simple con hierro metálico
Adsorción
1
Oxido/reducción y adsorción
1
Reducción/coagulación/
coprecipitación/ adsorción
1
Precipitación/ sedimentación/
filtración/ adsorción
1
Adsorción
2
Adsorción
1
Coagulación/filtración/
adsorción
2
Adsorción
2
Adsorción
3
Adsorción
1
Adsorción
1
Adsorción
1
Biológico
2
Columna rellena con hierro
metálico/arena y agregado de
barita
Recipiente plástico relleno con
hierro metálico
Recipientes cerámicos con
relleno de hierro
metálico/carbón vegetal
Decantación utilizando
oxihidróxido férrico
Pulpa de papel de diario
recubierta con hidróxido férrico
Columna rellena con hidróxido
férrico granular
Recipientes rellenos con
GrametFerlat ™ (relleno de
silicato y hierro)
Columna rellena con "Chitosan"
impregnado con molibdato
Adsorción utilizando laterita
(proceso batch)
Adsorción utilizando laterita
(proceso continuo)
Tubos absorbentes rellenos
con arcillas modificadas
Filtración biológica utilizando
microorganismos
Tabla Nº 2: Tecnologías de remoción de arsénico clasificadas de acuerdo a la densidad
de población donde puede ser aplicada
— Ciencia, Vol. 5, Nº 20, Mayo 2010. Página 177 —
R. R. Ferrari y O. J. Graieb : Tratamientos de Bajo Costo para la Remoción de Arsénico en Aguas de Consumo Humano
1=1 a 20
habitantes
2=1 a 100
habitantes
3= 101 o más
habit.
1=Bajo
TECNOLOGIA DE REMOCION
DE ARSENICO
COSTO
2=Medio
DENSIDAD
DE
POBLACION
3=Alto
Adsorción utilizando un filtro de
alúmina activada
1
1
Filtro simple con hierro metálico
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
2
2
Columna rellena con hierro
metálico/arena y agregado de
barita
Recipiente plástico relleno con
hierro metálico
Recipientes cerámicos con
relleno de hierro metálico/carbón
vegetal
Pulpa de papel de diario
recubierta con hidróxido férrico
Adsorción utilizando laterita
(proceso batch)
Decantación utilizando
oxihidróxido férrico
Adsorción utilizando una
columna de alúmina activada
Tabla Nº 3: Tecnologías de remoción de arsénico que presentan menores costos
Conclusiones
Entre las tecnologías de remoción de arsénico analizadas, las que presentan
menores costos de implementación para poblaciones rurales dispersas en la
Provincia de Tucumán (1 – 20 habitantes) son las basadas en procesos simples
de adsorción o combinada con procesos de sedimentación, como por ejemplo
el uso de filtros con alúmina activada, hierro metálico o laterita en proceso
batch, recipientes plásticos o cerámicos rellenos con hierro metálico y carbón
vegetal o el uso de pulpa de papel de diario recubierta con hidróxido férrico.
Estas tecnologías presentan bajos costos de instalación y de provisión de
insumos, siendo accesibles en la República Argentina. Su operación y
mantenimiento está al alcance de poblaciones con bajo grado de alfabetización.
Se descartan las tecnologías que utilizan procesos continuos, por su
— Ciencia, Vol. 5, Nº 20, Mayo 2010. Página 178 —
R. R. Ferrari y O. J. Graieb : Tratamientos de Bajo Costo para la Remoción de Arsénico en Aguas de Consumo Humano
complejidad en la puesta en marcha y en la operación, así como los procesos
basados en insumos protegidos por patentes, por su alto costo y las
dificultades en su provisión.
Para poblaciones de hasta 100 habitantes, las tecnologías que se presentan
como más favorables son la decantación utilizando oxido férrico y la adsorción
utilizando alúmina activada. En este caso la utilización de columnas de
adsorción de relleno presenta dificultades técnicas para el empaque de los
rellenos y para la puesta en marcha de las mismas, requiriendo para estos
procedimientos la participación de personal especializado.
Para poblaciones de más de 100 habitantes, la única tecnología entre las
analizadas que presentaría posibilidades de aplicación es la basada en el uso
de columnas de adsorción provistas de rellenos impregnados con molibdato.
Esta tecnología, aunque de mayor eficiencia, utiliza adsorbentes específicos de
alto costo y presenta las mismas dificultades ya mencionadas para las
columnas de adsorción de relleno.
Las técnicas de remoción de arsénico analizadas en este trabajo no
representan la totalidad de las tecnologías existentes, no incluyendo el mismo,
a modo de ejemplo, el estudio de técnicas basadas en el uso de la energía
solar, la perforación de pozos profundos o el transporte de agua desde fuentes
no contaminadas.
— Ciencia, Vol. 5, Nº 20, Mayo 2010. Página 179 —
R. R. Ferrari y O. J. Graieb : Tratamientos de Bajo Costo para la Remoción de Arsénico en Aguas de Consumo Humano
Referencias Bibliográficas
(1) Massachussets Institute of Technology. 2007.
Online Database for Arsenic Remediation Technologies http://web.mit.edu/
murcott/www/arsenic/database.html
Fecha de acceso 28/02/07.
— Ciencia, Vol. 5, Nº 20, Mayo 2010. Página 180 —