calidad donsumo humano

Artículo: CEAG-A60103

SIMPOSIUM “GESTIÓN INTEGRAL DEL AGUA”Tema 6: Calidad del agua, saneamiento y reuso.

Guanajuato, Gto.19 al 21 de Septiembre del 2001

REMOCIÓN DE HIERRO Y MANGANESO DEL AGUA PARA CONSUMO HUMANO

VERGUINIA PETKOVA SIMEONOVA1 Y MINTCHO ILIEV MINTCHEV1

RESUMEN El objetivo de este trabajo es describir la tecnología para remoción de hierro y manganeso por adsorción-oxidación sobre zeolita natura y los resultados obtenidos a nivel piloto en varias fuentes subterráneas de México. Durante los últimos dos años se construyeron tres plantas para remoción de hierro y manganeso en Sinaloa y México D.F., actualmente se esta construyendo otra planta para 225 l/s, también en Estado de Sinaloa. Las plantas diseñadas con base a esta tecnología no requieren de personal calificado para su operación, no involucran equipos especializados, el costo de inversión es con 30% mas bajo en comparación con una planta convencional y 50% menor en operación y mantenimiento. La concentración de hierro y manganeso en el agua producida en todas las plantas esta muy por debajo de los limites estipulados en la Norma Oficial Mexicana, NOM-127-SSA1 para el consumo humano.

1 Ingeniería de Potabilización y Tratamiento de Agua Residual S.A de CV, IPOTARSA, Morelos e-mail: [email protected]; [email protected] WEB: http://www.avantel.net/~ipotarsa

Simposium “Gestión Integral del Agua”. Guanajuato, Gto. México. Del 19 al 21 de septiembre de 2001 en el marco de Expo-Agua 2001

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1. Introducción El hierro y manganeso, al igual que otros metales, pueden encontrarse en los ambientes naturales, disueltos o asociados a partículas en suspensión; la mayor proporción de estos elementos aparece como sales de hierro y manganeso que son más comunes, y frecuentemente presentes en el agua de las fuentes de abastecimiento de México. La Norma Oficial Mexicana, NOM-127-SSA1, limita la concentración de hierro hasta 0.3 mg/L y de manganeso hasta 0.15 mg/L en el agua para consumo humano. Las normas de Estados Unidos, USEPA, y de Canadá restringen la concentración máxima permisible de manganeso a 0.05 mg/L. Los precipitados de hierro y manganeso, depositados en el interior de las tuberías reducen su capacidad, ocasionando grandes pérdidas de carga en la red de conducción; se han observado casos de reducción del diámetro de las tuberías de hasta 70%, figura 1. Estas incrustaciones propician el desarrollo de varios microorganismos 2,3 causando la recontaminación de agua y, por lo tanto, el aumento de la cantidad de cloro y/o otros oxidantes utilizados en la desinfección.

Figura 1. DEPÓSITOS EN LA TUBERÍA Figura 2. ASPECTO DEL AGUA TRATADA Los efectos del hierro y el manganeso inciden no solamente en la operación y el mantenimiento de las sistemas de abastecimiento, sino también en el aspecto de agua; los óxidos de hierro y manganeso, arrastrados y agitados por el flujo en las tuberías, originan un color carmelita oscuro o negro, también imparten un sabor metálico al agua, provocando así su rechazo por parte del consumidor. Una situación especial se presenta en los pozos donde las incrustaciones - producto de la precipitación de los hidróxidos y/o los óxidos metálicos de hierro y el manganeso y los depósitos - producto del metabolismo bacteriano, obstruyen la permeabilidad de los substratos alrededor del pozo, el flujo de agua hacia el mismo disminuye y la capacidad del pozo se ve reducida. La presencia de hierro y manganeso en el agua afecta más notorio y en mayor grado los productos de varias industrias como tenerías, papeleras, plásticos, etc. En todos los casos, la calidad de agua suministrada al consumidor municipal o industrial tiene que cumplir con la normatividad establecida para evitar los diferentes problemas de carácter técnico y social.


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2.Técnicas aplicadas en la remoción de hierro y manganeso. A continuación se describen las técnicas utilizadas actualmente en la remoción del hierro y el manganeso, su aplicabilidad y las deficiencias comúnmente reportadas para cada caso. 2.1. Oxidación química o aeración seguida de filtración por arena o arena-antracita. Generalmente, la remoción de hierro y manganeso se logra por oxidación de las formas solubles, Fe(II) y Mn(II) a formas insolubles {Fe(III), Mn(III,IV)} y separación de los precipitados por sedimentación y/o filtración. Los oxidantes precipitan el hierro y el manganeso en formas insolubles como el hidróxido férrico, Fe(OH)3 y óxido de manganeso, MnO2, que son retenidos en los filtros. La oxidación y la formación de los precipitados procede en un tanque donde el agua permanece en contacto con el oxidante adicionado durante 20 a 30 minutos. Para acelerar el proceso de oxidación en algunas ocasiones se requiere aumentar el pH de agua a un valor de 8.0 a 8.5 con hidróxido de calcio, Ca(OH)2, o hidróxido de sodio, NaOH. Cuando la concentración de hierro y manganeso en el agua cruda es mayor de 10 mg/L, la filtración es precedida por sedimentación donde se separan gran parte de los óxidos/hidróxidos formados en el tanque de contacto. De esta manera se evita el “taponamiento” de los filtros por el exceso de precipitados lográndose largas carreras de filtración. Varios estudios muestran la ineficiencia de los filtros convencionales de arena en la remoción de estos contaminantes. La Figura2 muestra el aspecto del agua después de aplicar el tratamiento descrito anteriormente; el color del agua producida es originado por los hidróxidos de hierro que permanecen en forma coloidal causando un color de 30 a 50 UPt-Co, asociado con el hierro y el manganeso. 2.2. Remoción del hierro y manganeso en el tratamiento convencional de ablandamiento. Esta técnica es factible de aplicación sólo para agua con alta dureza, donde la remoción de Fe y Mn es un efecto secundario. El proceso de ablandamiento del agua requiere elevar el pH de agua lo que acelera la oxidación de Fe(II) y el Mn(II) y su remoción por cooprecipitación. Los métodos 2.1 y 2.2, no siempre resultan eficientes en la remoción de hierro y el manganeso, cuyos óxidos/hidróxidos atraviesan el filtro y rápidamente llegan a su propio "punto de quiebre" en el efluente. Por lo general, la remoción del manganeso es mucho más complicada que la del hierro, incluso cuando se garantiza su oxidación completa 15,16. Los óxidos (MnOx(s)) correspondientes a los diversos estados de oxidación del Mn son difíciles de capturar en el filtro sin agregar coagulantes y/o floculantesen el agua a tratar. 2.3. Estabilización por secuestro con hexametafosfato o silicato de sodio. Estos compuestos estabilizan los coloides de Fe y Mn (método conocido como "secuestro"), evitando así la coloración del agua y la precipitación de los coloides en la red de distribución.


4

En realidad, esta técnica no remueve el Fe y el Mn, por lo que se recomienda limitar su uso a pequeñas sistemas y concentraciones menores de 0.5 mg/L. 2.4. Intercambio iónico. Este proceso, por lo general se aplica en la remoción de la dureza, utilizando resinas sintéticas de zeolitas operando a ciclo de sodio, Na+. La resina intercambia sus iones de Na+ por los iones de Ca2+, Co2+, Cu2+, Mg2+, Fe2+, Mn2+ presentes en el agua; como resultado de este proceso se aumenta la concentración de sodio en el agua producida. Otra desventaja de la técnica esta relacionada con la formación de precipitados cálcicos en presencia de oxígeno. Estos precipitados bloquean los sitios de intercambio iónico, causando la saturación de la resina, el efecto es aún más pronunciado cuando el agua a tratar contiene bacterias. La remoción de hierro y manganeso por el intercambio iónico, en la práctica ha sido limitado por la selectividad de la zeolita al Ca2+ y otros iones de mayor valencia presentes comúnmente en agua natural de las fuentes, y con los que el hierro y el manganeso tienen que competir desfavorablemente. 2.5. Filtración por “Greensand”. El material activo en el “greensand” es la glauconita, un mineral que contiene hierro y exhibe propiedades de intercambio iónico. La glauconita frecuentemente se encuentra mezclado con otros elementos, su color es verde de donde proviene su nombre “greensand”. Este mineral tiene capacidad de intercambiar electrones y oxidar el Fe(II) y el Mn(II) hasta sus formas insolubles. La remoción de hierro y manganeso se efectúa en el proceso de filtración de agua por el lecho de glauconita. La técnica es aplicable para concentraciones menores 5 mg/L y un pH de agua mayor de 6.8. La regeneración del medio requiere el uso de permanganato de potasio, KMnO4, un oxidante caro, que necesita el control sofisticado en la dosificación; una sobredosis del permanganato de potasio tiene efectos tóxicos, además imparte un color rosado del agua. Cabe destacar que para realizar la regeneracíon es necesario interrumpir el proceso de filtración. Esta técnica no ha sido aplicada ampliamente en la práctica por el costo elevado del reactivo y las dificultades relacionadas con su manejo y operación. 2.6. Control de hierro y manganeso “in sity” La técnica, conocida como Vyredox fomenta el desarrollo de bacterias específicas en el acuífero alrededor de la fuente, que precipitan el Fe(II) y el Mn(II) por combinación simultánea de procesos físicos, químicos y biológico. De este modo se previene la migración de los contaminantes hacia el pozo. Por su complejidad y costo, este método no se ha aplicado en la práctica. Las técnicas descritas anteriormente no siempre aseguran el cumplimiento de NOM-127-SSAI respecto a la concentración de hierro y manganeso, algunas de estas son de alto costo o requieren personal altamente calificado para su manejo.


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3. Remoción de hierro y manganeso por adsorción – oxidación. Materiales y procedimientos El tipo del medio de contacto y sus propiedades juegan un papel de importancia primordial en la remoción de los contaminantes. La técnica para remoción de manganeso utiliza la zeolita natural como material filtrante en las plantas potabilizadoras.

La zeolita es un mineral secundario (alumino-silicato), relacionado con las rocas ígneas básicas como el basalto y diabasa. Actualmente se conocen más de 40 especies de zeolitas de diferente estructura cristalina donde la proporción de los elementos compuestos (Si, Al, Ca, Na, Ka) varia en amplio rango. En México existen considerables depósitos de zeolita entre los cuales las más comunes son: Clinoptilolita, Mordenita, Chabazita, Phillisita, Heulandita, Erionita. Los

yacimientos, evaluadas a 15x106 toneladas están ubicadas en Etla, Oaxaca, Ixtlan de los Hervores, Michoacán, Rayon y Agua Prieta, Sonora, Taxsco, Guerero y Morelos, figura 3. Figura 3. YACIMIENTOS DE ZEOLITA EN MÉXICO Las zeolitas se utilizan en la industria para remover metales pesados por intercambio iónico, para adsorción de gases y dehidratación por cribado (tamizado) molecular inherente. A nivel mundial se ha recurrido a zeolitas sintéticas para resolver problemas de alto contenido de metales pesados o otros contaminantes presentes en el agua residual de la industria. En México la zeolita ha sido aplicada sólo en algunos casos para la remoción del cianuro en la industria del curtido de la piel. Las zeolitas naturales en México tienen gran perspectiva de aplicación en la potabilización y en el tratamiento del agua residual proveniente de la industria. La zeolita, utilizada en la técnica es del tipo Clinoptilolita, figura 4, el material se tritura, figura 5, izquierda, y se acondiciona con una película-sorbente compuesta por óxidos de manganeso figura 5, derecha.


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CLINOPTILOLITA

Figura 4. ZEOLITA NATURAL

ZEOLITA

TRITURADA ACONDICIONADA

Figura 5. PREPARACIÓN DE LA ZEOLITA

La película formada en la superficie del grano de la zeolita, Figura6, es un hidro - producto con estructura estequiométrica no definida. La variación del grado de oxidación se representa con la fórmula: MnOx (s), donde x varía de 1.1 a 1.95 en función de las condiciones de su formación. Estos óxidos, que cubren el grano de la zeolita, exhiben gran capacidad de adsorción y selectividad respecto a los iones de Mn(II) y Fe(II). De esta manera se elimina la competencia de los demás iones como Ca2+, Mg2+, Cu2+, etc. por los sitios activos de adsorción y se evitan las desventajas de la técnica descrita en punto 2.4.

Esta película remueve eficientemente el hierro y el manganeso disueltos en el agua subterránea; la zeolita en este caso, es una matriz de soporte y estabilización de la película-sorbente.

Figura 6. PELICULA SORBENTE DE ÓXIDOS DE MANGANESO El medio, preparado de este modo se utiliza para empacar los filtros de las plantas. Los dos contaminantes son removidos en el lecho del filtro donde proceden simultáneamente los procesos de adsorción - oxidación y donde existe una “auto-regulación” entre estos dos procesos. La regeneración del medio se realiza en línea con el mismo oxidante utilizado para la desinfección del agua, sin interrumpir el proceso de filtración, garantizando largos ciclos de funcionamiento y un efluente libre de Fe y Mn. La dosis para la regeneración del material filtrante es función de la cantidad y el estado de oxidación de los complejos de hierro y


7

manganeso acumulados en el filtro. Los estudios efectuados demuestran que el control de la remoción de los contaminantes se puede manejar operativamente a través de la dosis del oxidante aplicado. 4. Estudios a nivel piloto La eficiencia en la remoción de hierro y manganeso por adsorción-oxidación sobre zeolita fue comprobada en condiciones reales a través de estudios piloto realizados en varias fuentes subterráneas de Guaymas y Navojoa, Son., Veracruz, Distrito Federal, México, y Culiacan, Sinaloa, Figura7.

Las concentraciones de hierro y manganeso obtenidos en el agua cumplen con los limites establecidos en la Norma para consumo humano, NOM-127-SSAI en todos los lugares del estudio. Figura 7. SITIOS DONDE SE REALIZARON LOS ESTUDIOS PARA REMOCIÓN DE MANGANESO La Tabla 1 muestra las características del agua

cruda en cada lugar de estudio. Tabla No 1 . CARACTERÍSTICAS DE AGUA DE LOS POZOS.

LUGAR DE ESTUDIO (PERÍODO)

MANGANESO (mg/L)

HIERRO (mg/L)

SDT (g/L)

DUREZA (mg/L)

ALCALINIDAD (mg/L)

pH

Guaymas, Pozo 1, (12. 1995)

1.3-1.45

<0.1

0.45

293

198

6.9-7.5

Guaymas, Punto de unión de los pozos

0.44-0.56

<0.05

0.38

271

209

6.7-7.8

Navojoa, Pozo 14, (12 . 1996)

1.2-1.37

<0.06

0.33

274

263

7-7.4

Veracruz, Pozo Vergel, (06 .1997)

0.39-0.54

0.33

N.D.

N.D.

N.D.

7.3

México, Pozo 21, Peñón Texcoco, (04-97)

1.85-2.02

<0.3

1.88

N.D.

544

6.97-7

México, Pozo Cerro de la estrella, (06-97)

2.67-2.81

0.412

N.D.

N.D.

N.D.

7.44

Culiacan, Pozo 5 Humaya, (05. 1998)

0.9-2 N.D.

N.D. N.D.

N.D.

6.8-7.3

NOTA: N.D.-No determinado Los estudios se realizaron con una planta piloto-móvil, figura 8, compuesta de tres tanques metálicos operando a presión. Además la planta está acoplada con válvulas para el ajuste del flujo y varios accesorios que permiten adicionar el oxidante para la regeneración del medio filtrante y para desinfección del agua.

LUGAR DE ESTUDIO


8

La planta piloto fue alimentada de los pozos utilizando el equipo existente, derivando el agua mediante un by-pass.

Figura 8. PLANTA PILOTO MÓVIL En los estudios fueron monitoreados continuamente el manganeso y el hierro total, cloro residual libre, pH, la conductividad eléctrica, y los sólidos disueltos totales, (SDT), utilizando los métodos analíticos estándar. Fue evaluada la influencia de la tasa de operación y la granulometría del medio de contacto sobre el grado de remoción de hierro y manganeso, también se analizó el efecto de las sales de calcio y magnesio que originan la dureza del agua y aportan en la alcalinidad. 5. Resultados obtenidos en el estudio 5.1. Resultados obtenidos en las pruebas en Guaymas, Son. El estudio de remoción de manganeso de las fuentes de Guaymas, Son. fue realizado en el campo Yaquis donde están situados los 10 pozos que abastecen la cuidad, figura 9. Las pruebas se efectuaron en el Pozo 1 y en el punto donde se reúne el agua de los 10 pozos. Estimando el gasto y el contenido de manganeso que varía de 1.3 a 1.4 mg/L, se considera que el pozo 1 es el mayor contribuidor de este contaminante en el agua suministrada a la población.

36"-1 Km

Tanque "CORRAL”2500 m3

Río YAQUI

P.B. No 2P.B. No 136"-30 Km

36"-40 Km

Q = 500 L/s

36" - 30 Km

pozos “BOCAABIERTA”

Tanque 9000 m3 Empalme

San Jose

Batuecas

1

2

PUNTOS DE ESTUDIO

Q = 1000 L/s

Q = 500 L/s

1 2

36"-1 Km

Tanque "CORRAL”2500 m3

Río YAQUI

P.B. No 2P.B. No 136"-30 Km

36"-40 Km

Q = 500 L/s

36" - 30 Km

pozos “BOCAABIERTA”

Tanque 9000 m3 Empalme

San Jose

Batuecas

1

2

PUNTOS DE ESTUDIO

Q = 1000 L/s

Q = 500 L/s

1 2

Figura 9. SISTEMA DE ABASTECIMIENTO GUAYMAS, SONORA En el pozo No1 se operó durante un total de 77 horas consecutivos, la concentración de manganeso monitoreada en el efluente fue menor de 0.05 mg/l durante esta prueba.


9

La segunda prueba se realizó en el punto de unión de los pozos donde se tiene una mezcla característica para el agua de los 10 pozos de abastecimiento de Guaymas. En esta prueba operaron en paralelo dos filtros empacados con material acondicionado de tamaño efectivo de 0.96 mm y 2.4 mm respectivamente. La figura 10 muestra la concentración de manganeso en el influente (las barras en el medio) y la obtenida en los efluentes de los dos filtros. Las barras a la derecha y los valores indicados respectivamente se refieren al filtro empacado con material de 0.96 mm, mientras a la izquierda muestran la concentración de manganeso obtenida en el efluente del filtro con material de 2.4 mm.

0.030.00

0.02 0.02 0.02 0.03 0.04 0.03 0.04 0.04 0.03 0.04 0.02 0.020.01 0.00 0.03 0.05 0.03 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.01

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

16:15 17:20 9:15 12:30 15:30 16:30 17:30 12:00 14:00 16:00 17:30 9:00 11:00 13:00

HORA DE MONITOREO

CONCENTRACIÓN DE MANGANESO (mg/L)

12.12.95 13.12.95 14.12.95 15.12.95COLUMNA CON EMPAQUE DE 0.96 mm COLUMNA CON EMPAQUE DE 2.4 mm

Figura 10. CONCENTRACIÓN DE MANGANESO, Punto de unión de los pozos, Guaymas, Son. La remoción de manganeso en esta prueba fue del orden de 95 a 100%, proporcionando agua con una concentración menor de 0.04 mg/l, no obstante la granulometría del material utilizado. El medio filtrante de mayor tamaño efectivo ocasiona menores pérdidas hidráulicas durante la operación y carreras de filtración más largas sin afectar la calidad del agua producida. Durante esta prueba los dos filtros operaron un total de 52 horas consecutivos sin necesidad de ser retrolavados. 5.2. Resultados obtenidos en el pozo 14, Navojoa, Son. El Sistema de Abastecimiento de la ciudad de Novojoa, Sonora cuenta con 15 pozos ubicados dentro del área urbana y abastece un total de 175 000 habitantes, suministrando 767 L/s. El agua de seis de los pozos sobrepasa la norma respecto al contenido de manganeso, además dos de los pozos del Sistema presentan concentraciones de hierro de 0.31 a 0.51 mg/L, que son ligeramente por arriba de la NOM-127-SSA1. En varias reparaciones efectuadas en la red de distribución se han observado los precipitados del manganeso, acumulados en la interior de las tuberías, la capacidad de los pozos también esta afectada. Según los datos recabados del personal de operación del sistema de abastecimiento, OOMAPAS, la capacidad de pozo 2 y pozo 3 se ha reducido de 140 a 96 L/s y de 160 a 25 L/s respectivamente debido al “taponamiento” de los ademes de


10

los pozos y la obstrucción de la permeabilidad del acuífero. El estudio en Navojoa, Son. se llevo a cabo durante un mes, las pruebas se efectuaron en el pozo 14, que es el mayor contribuidor del manganeso en el agua suministrada. La prueba fue realizada con la planta piloto, Figura 8, operando durante un total de 550 horas consecutivas. La concentración de manganeso en el agua del pozo 14 y la obtenida en el efluente de la planta durante la prueba se muestra en la figura 11, las flechas en la misma indican el retrolavado del filtro.

0

0.3

0.6

0.9

1.2

1.5

1.8

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550

CONCENTRAIÓN DE MANGANESO (mg/L)

TIEMPO DE OPERACIÓN (hrs)

INFLUENTE

EFLUENTE

Figura 11. CONCENTRACIÓN DE MANGANESO, Pozo 14, Navojoa, Son. 5.3. Resultados obtenidos en las pruebas en pozo Vergel, Veracruz. La prueba en Veracruz se hizo con la planta piloto en el pozo Vergél, donde la concentración de manganeso en el agua cruda varía de 0.39 a 0.54 mg/l. La concentración de hierro en determinadas horas del día excede levemente la indicada en la norma. Las figuras 12 y 13 muestran los resultados obtenidos del monitoreo en el pozo Vergél, los rótulos arriba de las barras marcan la concentración del contaminante monitoreado en el efluente de la planta.

0.140.09 0.10 0.12

0.080.03 0.00 0.00 0.03 0.03 0.03 0.03 0.02 0.01

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

11:15 11:30 12:15 12:40 13:20 13:40 14:15 14:40 15:00 19:00 19:30 20:00 9:00 9:30 10:30

HORA DE MONITOREO


17.06.1997 18.06.1997

INFLUENTE

EFLUENTE

Figura 12. CONCENTRACIÓN DE MANGANESO, Pozo Vergel, Veracruz


11

0.070.04

0.080.05 0.04 0.04 0.04 0.04 0.05 0.05 0.05 0.04 0.02 0.02

00.05

0.10.15

0.20.25

0.30.35

11:15 11:30 12:15 12:40 13:20 13:40 14:15 14:40 15:00 19:00 19:30 20:00 9:00 9:30 10:30

HORA DE MONITOREO

CONCENTRACIÓN DE FIERRO (mg/L)

17.06.1997 18.06.1997

INFLUENTE

EFLUENTE

Figura 13. CONCENTRACIÓN DE HIERRO, Pozo Vergel, Veracruz Como se puede observar, la remoción de los dos contaminantes no fue afectada notablemente por esta variación, obteniendo un grado de hasta 94% en la remoción de hierro y hasta 100% para el manganeso. La concentración de ambos elementos remanentes en el agua cumple la normatividad para el consumo humano 5.4. Resultados obtenidos en las pruebas, pozo 21, Peñón Texcoco, Mex. La figura 14 muestra la concentración de manganeso en la prueba efectuada en el pozo 21 del Ramal Peñón Texcoco, Mex. Se puede apreciar que la concentración de manganeso en el efluente varia entre 0.052 y 0.128 mg/l que es menor que el limite establecido en la norma. En este caso se logra más de 98% en la remoción de manganeso.

1.992 1.852 1.948 2.02 1.94

0.128 0.09 0.056 0.096 0.061 0.052 0.0530

0.30.60.91.21.51.82.12.4

13:00 14:00 16:00 17:00 10:45 11:09 12:00 14:00

INFLUENTE

EFLUENTE

HORA DE MONITOREO


17.04.1997 18.04.1997

Figura 14. CONCENTRACIÓN DE MANGANESO, Pozo 21, Peñon Texcoco, México, D.F. 5.5. Resultados obtenidos en las pruebas de pozo Cerro de la estrella, DGCOH, D. F. Mex. La figura 15 muestra la concentración de manganeso en el agua cruda y al obtenida en la salida de la planta piloto durante la prueba. En este caso la concentración de manganeso en el agua producida también se reduce a valores muy por debajo de los indicados por la norma para el consumo humano, a pesar de la elevada (mayor de 2.5 mg/L) concentración de Mn(II) en el agua del pozo.


12

0.08 0.06 0.070.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

12:00 17:00 12:00

INFLUENTE

EFLUENTE

HORA DE MONITOREO


10.06.1997 10.06.1997

Figura 15. CONCENTRACIÓN DE MANGANESO, Pozo Cerro de la Estrella, México, D.F. 5.6. Resultados obtenidos en las pruebas de pozo Humaya, Culiacan, Sinaloa. Las pruebas fueron realizadas en el pozo No 5 del sistema Humaya, Culiacan, Sinaloa por el personal de la Junta de agua potable, JAPAC, en el periodo de 7 de mayo al 15 de mayo de 1998. La figura 16 muestra la concentración de manganeso en el influente y el efluente de la planta piloto. El manganeso en el agua cruda varia de 1 a 2 mg/L, obteniéndose una concentración en el efluente en el rango de 0.038 a 0.086 mg/L, como se indica en la figura.

0.04 0.052 0.038 0.062 0.071 0.046 0.052 0.047 0.052 0.064 0.081 0.064 0.086 0.065

0

0.5

1

1.5

2

2.5

10:30 14:00 17:00 11:45 14:00 17:00 10:00 14:00 17:00 10:00 14:00 17:00

HORA DE MONITOREO


12.05.98 15.05.9814.05.9813.05.9811.05.987.05.98

MnentradaMnsalida

Figura 16. CONCENTRACIÓN DE MANGANESO, Pozo 5 Humaya , Sinaloa. En la tabla 2 se presenta un resumen de las concentraciones y la eficiencia de remoción de hierro y manganeso obtenidos en todos los lugares de estudio. Tabla No 2. CONCENTRACIONES REMANENTES OBTENIDOS EN LAS PRUEBAS Y EFICIENCIA DE REMOCIÓN

CONCENTRACIÓN (mg/L)

REMOCIÓN (%)

LUGAR DE ESTUDIO MANGANESO

HIERRO

MANGANESO

HIERRO

Guaymas, Pozo 1

<0.05

N.D.

96-100

N.D.

Guaymas, Punto de unión de los pozos

0-0.024

N.D.

95-100

N.D.

Navojoa, Pozo 14

0-0.12

N.D.

90-100

N.D.

Veracruz, Pozo Vergel

0-0.14

0.02-0.08

80-100

75-94

México, Pozo 21, Peñón Texcoco

0.05-0.12

N.D.

98-100

N.D.


13

México, Pozo Cerro de la estrella 0.06-0.08 0.092 97-100 78

Culiacan, Pozo 5 Humaya

0.04-0.09 N.D.

97-100 N.D.

NOTA: N.D.-No determinado 6. Aplicación práctica de la tecnologiíta Los resultados obtenidos comprueban la eficiencia de la técnica aplicada en la remoción de hierro y manganeso. La concentración de ambos contaminantes en el agua producida cumple con la NOM, 127-SSA1 para el consumo humano en todos los casos estudiados. La tecnología es fácil de operar, no requiere de equipamiento especializado, las unidades son sencillas y muy compactas, puesto que las tasas de operación son mas altas que en los filtros convencionales. Todos los materiales y equipos que se utilizan son disponibles en el mercado nacional, de suministro rápido y a precios accesibles. En la figura 17 se presenta el esquema tecnológico compuesto de filtro (s) para remoción de hierro y manganeso y un sedimentador para recolectar el agua del retrolavado donde se separan los precipitados de hierro y manganeso arrastrados durante el retrolavado del filtro. Los lodos generados en el sedimentador se tienen que deshidratar antes de su disposición final. El esquema incluye el tanque de regulación de donde se alimenta el agua para el retrolavado delos filtros.

AGUA CRUDA

RECIRCULACIÓN DE AGUA DECANTADA

AGUA DERETROLAVADO

AGUA TRATADA

AIREAGUA PARA LAVADO

ALMACENAMIENTO

FILTRO

SEDIMENTADORAGUA CRUDA

RECIRCULACIÓN DE AGUA DECANTADA

AGUA DERETROLAVADO

AGUA TRATADA

AIREAGUA PARA LAVADO

ALMACENAMIENTO

FILTRO

SEDIMENTADOR

Figura 17. ESQUEMA DE TRATAMIENTO PARA REMOCIÓN DE MANGANESO 7. IMPLEMENTACIÓN La tecnología esta implementada en varias plantas potabilizadoras. 7.1. Planta Peñón Texcoco, ciudad Nezahualcoyotl, D.F., México, diseñada y construida con base a esta tecnología para potabilización de 630 L/s, lo que asegura el abastecimiento de 400000 habitantes con agua de calidad que cumple con la Norma Oficial Mexicana para el consumo humano. El esquema general de la planta de Texcoco se


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muestra a continuación, figura 18.

P r o y e c t o e j e c u t i v o d e l a p l a n t a p o t a b i l i z a d o r a r a m a l P e ñ ó n T e x c o c o

A r r e g lo d e c o n j u n t o1 . F i l t r o s2 . T a n q u e d e s e d i m e n t a c i ó n3 . C á r c a m o d e b o m b e o4 . E d i f i c i o d e s o p l a d o r e s5 . E d i f i c i o d e c l o r a c i ó n6 . C e n t r o d e c o n t r o l d e m o t o r e s7 . S u b e s ta c i ó n e lé c t r i c a8 . E d i f i c i o d e f i l t r o p r e n s a9 . A lm a c é n1 0 . E d i f i c i o a d m in i s t r a t i v o

Figura 18. ARREGLO GENERAL, planta Peñón Texcoco, D.F 7.2. Planta Platanera, JAPAC, Sinaloa, con capacidad de 40 L/s, que opera desde el mes de abril 2000 con eficiencia en remoción de manganeso mayores de 97%. La planta cuenta con seis filtros operando a presión, proporcionado de las bombas a pie del pozo. La remoción de manganeso se puede apreciar en en la figura 19.

0 .0 2 2 0 .0 1 3 0 .0 1 1 0 .0 1 1 0 .0 1 5 0 .0 1 3 0 .0 1 4 0 .0 1 1

0 0 .5 1 .5 3 .5 5 6 .3 3 2 4 .5 2 5 .5

Filtro No5 Filtro No1 Influente

CONCENTRACION DE MANGANESO (mg/L)

TIEMPO DE OPERACION (hrs)

Figura 19. MANGANESO EN AGUA CRUDA Y EN EL AGUA TRATADA, Planta Platanera, Sinaloa 7.3. Planta Campiña, Sinaloa donde se trata el agua de dos pozos con capacidad de 60 l/s, y contenido inicial de 1 mg/l de manganeso que se reduce a una concentración muy inferior de 0.15 mg/l. que establece la NOM-127-SSAI para uso y consumo humano. La planta opera con seis filtros a presión de las bombas de los pozos. 7.4. Planta Humaya para remoción de manganeso en el agua proveniente de nueve pozos con capacidad total de 225 l/s y concentración de 0.86 mg/l de manganeso en la mezcla de agua el influente de la planta. Las pruebas preliminares, efectuados en el pozo con mayor contribución en el sistema Humaya se muestran en la figura 16.


15

7.5. Planta “San Antonio de la Cal”, Oaxaca, con capacidad de 350 L/s, rehabilitada con base a la tecnología antes mencionada para poder reducir el contenido de hierro y manganeso presentes en las fuentes de abastecimiento de esta planta. 8. PROPIEDADES DE LA TECNOLOGÍA El diseño del sistema esta basado a las propiedades y a las características del medio filtrante; el dimensionamiento de las unidades de la planta y el sistema de retrolavado obedece criterios específicos, determinados experimentalmente. Se han identificado parámetros operacionales para el control de la remoción de los contaminantes y la regeneración del medio filtrante que se efectúa en línea. 9. VENTAJAS DE LA TECNOLOGÍA

��Se elimina la problemática que ocasiona la presencia del hierro y manganeso en los sistemas de Abastecimiento.

��No se requiere de personal calificado para operar la planta.

��El mismo proceso garantiza la calidad bacteriológica del agua producida, sin

necesidad de post-desinfección.

��Altas tasas de filtración e instalaciones mas compactas

��Largas carreras de operación del orden de 50 a 60 horas de duración, sin retrolavar delos filtros.

��El costo de inversión es con 30% mas bajo en comparación con las plantas

convencionales y hasta 50 % menor en operación y mantenimiento. 10. RECONOCIMIENTOS Fuentes que reconocen el beneficio social y económico de la tecnología a nivel nacional e internacional:

��Periódico nacional “La Jornada”, rubro Investigación y Desarrollo, No 55, noviembre de 1997, año VI.

��Periódico: “El Informador”, Sonora , 21 Noviembre de 1996 bajo el título “Mejoran Calidad de Agua Potable”

��Revista internacional “Asian Water”, Journal of Environmental Technology, rubro Technofocus, Vol.14, No 10, October , 1998.

11. BIBLIOGRAFÍA 1. V. Petkova, L. Flores, Remoción de Fe y Mn de las fuentes de abastecimiento en el Estado


16

de Tabasco, IMTA, Informe final, UI 9318. 2. American Water Works Association, Water Quality and Treatment, McGraw-Hills, N.Y., U.S.A., 1990. 3. American Society of Civil Engineers, American Water Works Association, Water Treatment Plant Design, McGraw-Hills, N.Y., U.S.A., Second Edition. 4. Benefield Lary D., Joseph F. Judkins, Barron L. Weand, Process Chemistry for Water and Wastewater Treatment, Prentice-Hall, New Jersey 07632, 1982. 5. O´Connor, J.J. Iron and Manganese. Water Quality and Treatment, McGraw-Hill Book Co., N.Y., 1971. 6. Degremont. Removal of Iron and Manganese. Water Treatment Handbook, Lavoisier Publ. Inc., 1991. 7. J. M. Montgomery, Consulting Engineers, Inc., Water Treatment Principles and Design, Wiley, N.Y., 1985. 8. Ghosh, M.M., O´Connnor, J. T., Engelbert, R.S. Removal of Iron from Ground Water by filtration, Jour. AWWA, 59.7:878, July, 1967. 9. Robert F. McCauley, Aeration and Filtration, AWWA, May, 1966. 10. James W. Hubbell, Iron Removal Facilities, Marshall, Michigan, AWWA, May, 1966. 11.George R.Bell. Removal of Manganese by Controlled Precipitation and Filtration, Jour. AWWA, May 1965. 12. Morgan, J.J. and Stumm, W. Analitical Chemistry of Aqueous Manganese, Jour. AWWA, Jan., 1965. 13. Hans S. Posselt, Arno H. Reidies and Walter J. Weber Jr., Coagulation of Colloidal Hydrous Manganese Dioxide, AWWA,01.68. 14. Dart, F.J. and Foley. Preventing Iron Deposition with Sodium Silicate, AWWA, 62:10:663 (Oct., 1970). 15. Robinson Bruce, Reed Gregory, Christodos Daniel, Frazier Brett, Chidambariah Venkatesh, Sequestering Methods of Iron and Manganese Tratment, AWWA-RF, Denver, Colorado, USA, 1990, p.296. 16. R. Bruce Robinson, Gregory D. Reed, Brett Frazier, Iron and Manganese Sequestration Facilities Using Sodium Silicate, AWWA- RT, Feb., 1992. 17. Hallberg R.O. and Martinell R., Vyredox-In Situ Purification of Groundwater, Ground


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calidad donsumo humano

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