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Remoción de Arsénico Asistida porLuz Solar en Comunidades Rurales

de América LatinaProyecto OEA AE 141/2001

Solar Light Assisted ArsenicRemoval in Rural Communities

of Latin AmericaASO Project AE 141/2001

Argentina – Brasil – Chile – México – Perú – Trinidad & Tobago

Editores: Marta I. Litter y Héctor D. MansillaColaboró: Raquel Gettar

Marzo de 2003

ISBN Nº 987-43-6943-4

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Prefacio ---------------------------------------------------------------------------------------------5Foreword -------------------------------------------------------------------------------------------7

Capítulo 1 / Chapter 1Remoción de As mediante el método RAOSen Los Pereyra, Provincia de Tucumán, Argentina ---------------------------------9

As removal by SORAS in Los Pereyra,Province of Tucumán, Argentina --------------------------------------------------------25María Gabriela García, Margarita del Valle Hidalgo, Marta I. Litter, Miguel A. Blesa

Capítulo 2 / Chapter 2Remoción de arsénicode aguas del Río Camarones, Arica, Chile -------------------------------------------35

Arsenic removal from watersfrom the Camarones River, Arica, Chile -----------------------------------------------47Héctor D. Mansilla, Lorena Cornejo, Frederick Lara,Jorge Yáñez, Cristian Lizama, Leonardo Figueroa

Capítulo 3 / Chapter 3Remoción de arsénico del agua medianteirradiación solar en Lima, Perú ----------------------------------------------------------55

Arsenic removal of water usingsolar radiation in Lima, Peru --------------------------------------------------------------65Clido Jorge, Jessica Nieto, Silvia Ponce, Juan Rodríguez, José Solís, Walter Estrada

Índice / Contents

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Prefacio

Marta I. Litter* y Héctor D. Mansilla**

* Comisión Nacional de Energía Atómica, Unidad de Actividad Química, Provincia de Buenos Aires,Argentina** Facultad de Ciencias Químicas, Universidad de Concepción, Chile

Como es bien conocido, el arséni-co es altamente tóxico y responsablede una enfermedad crónica conocidacomo hidroarsenicismo crónico regio-nal endémico (HACRE), que culminaen lesiones de la piel y cáncer. Lapresencia de arsénico en aguas deconsumo en América Latina ha oca-sionado la diseminación de la enfer-medad en muchas zonas de la región:en Argentina, México y Chile se handetectado altísimos niveles de estepeligroso contaminante, correspon-diendo a los dos primeros países eltercer lugar en el mundo en númerode población afectada por el proble-ma. En Argentina, las fuentes del ar-sénico son naturales, mientras queen México una gran parte proviene dela actividad minera. El problema delarsénico de origen natural, sumado algenerado por la minería del cobre, estambién crítico en el norte de Chile(Arica), en comunidades que al mis-mo tiempo padecen escasez de agua.

Uno de los objetivos del ProyectoOEA AE/141/2001, "Tecnologías eco-nómicas para la desinfección y des-contaminación de aguas en zonas ru-rales de América Latina", es proveerun método de bajo costo y socialmen-te aceptable para eliminar arsénicohasta niveles permitidos, con el fin de

potabilizar aguas en localidades po-bres de la región. En la primera eta-pa, hemos realizado un relevamientode localidades de las subregionescon el objetivo de evaluar la posibleaplicación de las tecnologías(1). En lasegunda etapa, se validan las tecno-logías en las zonas relevadas.

El contenido del presente volu-men se refiere específicamente a losestudios preliminares de adaptación yvalidación de la tecnología RAOS(Remoción de Arsénico por OxidaciónSolar) cuyo antecedente es el Pro-yecto SORAS, desarrollado por elInstituto Suizo EAWAG de Zurich).

El arsénico puede encontrarse enaguas naturales en dos formas quími-cas diferentes, As(III) y As(V), cuyaremoción simultánea es difícil. Ade-más, el As(V) es menos tóxico. Latecnología RAOS apunta a la remo-ción de arsénico por transformaciónen As(V), más fácilmente eliminable.Se agrega citrato de Fe(III), lo cualpermite la oxidación de As(III) a As(V)a través de especies activas forma-das por irradiación con luz en presen-cia de oxígeno. El As(V) se adsorbefuertemente sobre el precipitado de hi-dróxido de hierro que se forma en esascondiciones, y flocula. Desde el puntode vista práctico, el citrato puede agre-

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Prefacio

garse en forma de jugo de limón alagua a tratar (que generalmente con-tiene Fe), la muestra se transfiere a bo-tellas plásticas, y éstas se exponen alsol por algunas horas. Las botellas secolocan luego en posición vertical du-rante la noche, y el agua purificada sedecanta de las partículas de hidróxidode hierro precipitado o se filtra a travésde paños textiles.

La tecnología RAOS no requiereequipamiento o desarrollos tecnológi-

cos sofisticados o caros, ni altos costosde energía. Sólo necesitan la acciónpermanente del sol. Las intensidadesluminosas (5-6 kW/h/m2) disponiblesen las regiones relevadas, garantiza-rían la factibilidad de la aplicación deestas tecnologías.

En siguientes actividades, intenta-remos impulsar la aplicación, con elobjetivo de diseminar la tecnologíatambién en otros lugares de AméricaLatina.

1 Relevamiento de comunidades rurales de América Latina para la aplicación de tecnologías eco-nómicas para la potabilización de aguas, Informe Proyecto OEA AE 141/2001, Organización de Es-tados Americanos (AICD), noviembre de 2002. M. Litter (Ed.), Digital Grafic, La Plata, 2002.

Referencias

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As it is very well known, arsenic ishighly toxic and responsible for achronic illness: Chronic Endemic Re-gional Hydroarsenicism (CERHA),which originates skin lesions and can-cer. The presence of arsenic in watersof Latin America has provoked the dis-semination of CERHA in many zonesof the region: in Argentina, Mexico andChile, very high levels of this danger-ous pollutant have been detected, cor-responding to the two first countriesthe third place in the world in the num-ber of affected population. InArgentina, the sources of arsenic arenatural, while in Mexico a large partcomes from the mining activity. Theproblem of natural arsenic, plus theone generated by copper mining, isalso critical in the North of Chile(Arica), in communities that, at thesame time, are scarce in water.

One of the objectives of the ASOAE/141/2001 Project, "Low-cost tech-nologies for disinfection and deconta-mination of waters in rural zones ofLatin America", is to provide an eco-nomical and socially acceptable tech-nology to eliminate arsenic until allow-able limits, to potabilize waters in poorlocalities of the region. In the firststage of the Project, we performed a

Foreword

Marta I. Litter* and Héctor D. Mansilla**

* Comisión Nacional de Energía Atómica, Unidad de Actividad Química, Av. General Paz 1499, 1650,Gral. San Martín, Provincia de Buenos Aires, Argentina** Facultad de Ciencias Químicas, Universidad de Concepción, Chile

prospect of localities of the subregionto assess the possible application ofthe technologies(1). In the secondstage, the technologies are validatedin the prospected zones.

The content of the present volumerefers specifically to the preliminarystudies of adaptation and validation ofthe SORAS technology (Arsenic SolarRemoval), previously developed bythe EAWAG of Zurich.

Arsenic can be present in naturalwaters in two different chemical forms,As(III) and As(V), and the simultane-ous removal of both forms is difficult.In addition, As(V) is less toxic. Thetechnology points out to the removalof arsenic by transformation in As(V),more easily removable. Fe(III) citrateis added to the samples, and As(III) isoxidized to As(V) through activespecies formed by light irradiation inthe presence of oxygen. As(V) isstrongly adsorbed onto the precipitat-ed iron hydroxide, and flocculates.From the practical point of view, citratecan be added in the form of lemonjuice to the water (which generallycontains iron), the sample is trans-ferred to plastic bottles, which arethen exposed to sunlight for somehours. Bottles are put in vertical posi-

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Foreword

tion during the night, and the purifiedwater is decanted from the particles ofiron hydroxide or is filtered throughtextile cloth.

RAOS does not require sophisti-cated or expensive equipments ordevelopments, or high energy costs.It only needs the permanent action of

1 Relevamiento de comunidades rurales de América Latina para la aplicación de tecnologías eco-nómicas para la potabilización de aguas, Informe Proyecto OEA AE 141/2001, Organización de Es-tados Americanos (AICD), noviembre de 2002. M. Litter (Ed.), Digital Grafic, La Plata, 2002.

References

sunlight. Light intensities (5-6kW/h/m2), available in the prospectedregions, warrant the feasibility ofapplication of the technology.

In following activities, we intendto impulse the application, with theaim of disseminating the technologyin other places of Latin America.

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Capítulo 1

María Gabriela García*, Margarita del Valle Hidalgo*, Marta I. Litter** y Miguel A. Blesa**,***

Remoción de As Mediante elMétodo RAOS en Los Pereyra,

Provincia de Tucumán, Argentina

*Facultad de Ciencias Naturales e Instituto Miguel Lillo, Universidad Nacional de Tucumán**Unidad de Actividad Química, Centro Atómico Constituyentes, Comisión Nacional de EnergíaAtómica***Escuela de Posgrado, Universidad Nacional de General San Martín

ResumenSe describe el comportamiento

del método RAOS (Remoción de Ar-sénico por Oxidación Solar), que esuna adaptación del SORAS, para laremoción del arsénico de aguas deconsumo humano en regiones ruralesde la Provincia de Tucumán.

En los estudios realizados se lo-gró una remoción excelente (superioral 90 %) en aguas sintéticas de com-posición similar al promedio de lacomposición de las aguas someras dela región de estudio. Sin embargo, laeficiencia del proceso en muestrasreales de pozos fue mucho menor. Enun caso, coincidentemente con laexistencia de niveles elevados de sa-les, la remoción fue aceptable (alrede-dor de 60 %); mientras que en otrasmuestras con contenidos salinos másbajos, la remoción fue pobre (alrede-dor del 30 %), y las aguas resultantescontenían niveles de As todavía supe-riores a los fijados por las reglamenta-ciones pertinentes. Se requieren estu-dios posteriores para poder aplicar latecnología en la zona de estudio.

1.1. IntroducciónGran parte de la población rural

de la Provincia de Tucumán no tieneacceso a un sistema de distribuciónde agua potable. El abastecimientode agua en estas poblaciones se rea-liza a través de pozos profundos(más de 100 metros) ubicados enpuntos de libre acceso donde cadafamilia debe ir a buscar el agua quenecesita. La incomodidad que estorepresenta ha llevado a que muchasde estas familias perforen un pozosomero en sus viviendas, desde don-de extraen agua de la freática. Laprofundidad de estos pozos es varia-ble, según la profundidad del acuífe-ro somero.

La calidad del agua en el acuífe-ro somero en gran parte de la Provin-cia de Tucumán es mala debido a sucontenido bacteriológico, a la presen-cia de nitratos y a las elevadas con-centraciones de elementos traza ta-les como arsénico, manganeso, flúor,boro, vanadio, entre otros(1-3). La malacalidad del agua, sumada a la pobre-za y las condiciones de desnutrición,

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Remoción de As Mediante el Método Raos en Los Pereyra, Provincia de Tucumán, Argentina

es una de las causas de la apariciónde enfermedades como parasitosis,diarreas y HACRE (hidroarsenicismocrónico regional endémico).

La presencia de arsénico en con-centraciones que superan los límitesestablecidos por el código alimenta-rio argentino, CAA(6) en aguas deconsumo, es un problema que afectaa las aguas subterráneas somerasde la provincia de Tucumán y del res-to de la región chacopampeana. Laexposición prolongada al arsénicoproduce hiperpigmentación, despig-mentación, keratosis y desórdenesvasculares periféricos. También se laha relacionado con cáncer de piel,pulmón, hígado, vesícula y riñón yenfermedades cardiovasculares yneurológicas. El arsénico tiene uncarácter acumulativo en el organis-mo, por lo que los efectos del enve-nenamiento comienzan a aparecerluego de una exposición mínima deaproximadamente 5 años. El primersíntoma consiste en la aparición delesiones en la piel, y puede compli-carse si está asociado a desnutricióny hepatitis B(6).

El método RAOS (Solar Oxidati-ve Removal of Arsenic, SORAS eninglés) fue utilizado con éxito parcialen aguas subterráneas de BanglaDesh e India para eliminar los altoscontenidos de As; se lo combinó conel método DSAUI (SODIS, Solar Di-sinfection) para la remoción de bac-terias presentes en el agua(5, 6). El mé-todo RAOS se basa en la irradiacióncon luz solar del agua contenida enuna botella de plástico, preferente-mente de polietilentereftalato (PET) yla posterior remoción por decanta-ción de los óxidos de Fe formados enel agua.

En el año 2002 se inició el estu-dio de aplicabilidad del procesoRAOS en forma simultánea en Ar-gentina, Chile y Perú considerandolas zonas de relevamiento escogidasen un estudio anterior(7). En este tra-bajo, se describen los resultados co-rrespondientes a la zona relevada enla República Argentina.

1.2. Área de estudio La localidad de Los Pereyra se

encuentra ubicada 70 km al este dela ciudad de San Miguel de Tucumán.Se trata de una pequeña localidadrural, desarrollada a lo largo de la ru-ta Provincial N° 327, entre las pobla-ciones de Estación Aráoz y la RutaProvincial N° 303 (ver Figura 1). Lapoblación tiene unos 1000 habitan-tes, dedicados principalmente a acti-vidades agrícolo-ganaderas.

El clima en la región es subtropi-cal con una estación seca que se ex-tiende entre mayo y septiembre. Laprecipitación media anual es 800mm/año y la temperatura media 19°C. No existen cursos de agua super-ficial destacados en la región, por loque el abastecimiento de agua de lapoblación se realiza por medio deaguas subterráneas.

1.3. Hidrogeoquímica La caracterización geoquímica

de las aguas subterráneas someras yprofundas de la localidad de Los Pe-reyra fue realizada en mayo - juniode 2001 al final del período húme-do(5). Se tomaron muestras de 56 po-zos, de los cuales 36 fueron some-ros. En octubre y noviembre de 2002,al finalizar el período de sequía, algu-nos de estos pozos fueron estudia-dos nuevamente con el fin de anali-

Remoción de Arsénico Asistida por Luz Solar en Comunidades Rurales de América LatinaSolar Light Assisted Arsenic Removal in Rural Communities Of Latin America

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zar las posibles variaciones tempora-les de la composición química.

La composición dominante de lasaguas de la freática es bicarbonatadasódica con concentraciones muy va-riables de los iones mayoritarios. Lasalinidad y el contenido de sólidos to-tales son también muy variables (en-tre 375 y 5990 mg/L). El pH varía en-tre 6,8 y 8,6, con un valor promediode 7,8. Estas aguas son principal-mente óxicas, con concentracionesde oxígeno disuelto que varían entre0,17 y 8,06 mg/L. En algunos pozos,la concentración de nitrato excede ellímite establecido por el CAA (45mg/L) con un valor promedio para lazona de 100 mg/L. El agua subterrá-nea está sobresaturada con respectoa la calcita, mientras que es subsatu-rada con respecto a la fluorita(8).

Tanto las concentraciones de ar-sénico (rango 20 a 758 mg/l, prome-dio 279 mg/l) como de fluoruro (ran-go 0 a 8.3 mg/l, promedio 1.6 mg/l)son altas en los sitios, con una granvariabilidad. El 87% de los 31 pozossomeros tenían una concentración

de arsénico mayor que el límite ar-gentino de 50 mg/l(6); todos los pozosexcedían el límite recomendado porla OMS (9) de 10 mg/l. El 33 % de lospozos muestreados tenían una con-centración de fluoruro mayor que 1.2mg/l, el límite argentino, pero el 64 %no contenía fluoruro.

La distribución espacial de esteelemento y del F fue descripta en de-talle por Warren et al.(8). De acuerdocon estos autores, las concentracio-nes de As superiores a 400 mg/L es-tán restringidas a los primeros 20metros de profundidad. Además, seobserva una franja de menos de 500m de ancho, con concentraciones su-periores a los 500 mg/L, que se ex-tiende paralela a la ruta N° 327 (verFigura 1). Más allá de la misma, lasconcentraciones de As disminuyenhacia ambos lados, aunque muy ra-ramente se observan valores inferio-res a los 50 mg/L.

El análisis temporal sugiere queal finalizar la época de sequía (octu-bre-noviembre) la concentración delos iones mayoritarios es en general

Figura 1. Mapa deubicación del áreade estudio y de lospozos de aguasomerosmuestreados

Figure 1. Map of thestudy area and loca-tion of the sampledshallow groundwaterwells.

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mayor que al final de la época húme-da (mayo-junio) en la mayoría de lospozos analizados (Figura 2). Entre losiones mayoritarios, el sodio es el quemuestra las menores variaciones y enmuchos de los pozos prácticamentepermanece constante. El pH se man-tiene constante en ambas épocas encasi todos los pozos, mientras que elcontenido de oxígeno disuelto es lige-ramente mayor al final del período se-co (Figura 3). Por lo general, la con-centración de As es menor al final dela época de sequía, cuando el nivelfreático se encuentra más deprimido.Sin embargo, la variación en los con-tenidos de As es menor al 5% en mu-chos de los pozos analizados.

1.4. Metodología de trabajoLa primera etapa de este trabajo es-

tuvo orientada a la optimización delmétodo RAOS para las aguas delárea de estudio. Para ello, se prepa-raron soluciones sintéticas conarsenito de sodio (Merck) cuya com-posición iónica mayoritaria se ajustóal valor promedio determinado en lasaguas de la zona de estudio. El con-tenido de sales disueltas es superioral determinado en el agua de los po-zos en los que se realizaron los en-sayos. Las concentraciones de As yde Fe en estas soluciones correspon-den al promedio encontrado en la zo-na.

Se realizaron ensayos en distin-tas condiciones a fin de evaluar elgrado de remoción de As en el tiem-po con diferentes concentraciones dejugo de limón y de Fe. Los ensayosllevados a cabo fueron:

Figura 2. Variación expresada en %, de lasconcentraciones de los iones mayoritarios enaguas someras del área de estudio. Lavariación corresponde a la diferencia entrelas concentraciones registradas al final delperíodo seco (octubre-noviembre 2002) y alfinal del período húmedo (mayo-junio 2001)Figure 2. Percent variation of the major ionsin shallow groundwaters of the study area.The variation corresponds to the differencebetween the recorded concentrations at theend of the dry season (October-November2002) and at the end of the wet season (May-June 2001).

Figura 3. Variación expresada en % de laconcentración de As, nitrato y otrosparámetros fisicoquímicos en el agua sub-terránea somera estudiada. La variacióncorresponde a la diferencia de concentra-ciones registradas al final del período seco(octubre-noviembre 2002) y el final delperíodo húmedo (mayo-junio 2001) / Figure3. Percent variation of the concentrations ofAs, nitrate and other physico-chemicalparameters in shallow groundwater in thestudy area. The variation corresponds to thedifference between the recorded concentra-tions at the end of the dry season (October-November 2002) and at the end of the wetseason (May-June 2001).


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a. Agua sintética expuesta al soldurante 2 horas. Control de As remo-vido a intervalos de tiempo de 20 mi-nutos.

b. Agua sintética + 750 mL de ju-go de limón (15 gotas) por litro demuestra expuesta al sol durante 4horas. Las lecturas de As se realiza-ron cada 40 minutos.

c. Agua sintética + 750 mL de ju-go de limón por litro de muestra + 3ppm de Fe(III) expuesta al sol duran-te 6 h. Las lecturas de As se realiza-ron a intervalos de aproximadamente40 minutos.

d. Agua sintética + volumen va-riable de jugo de limón por litro demuestra (0,75, 3,75, 7,50 y 11,25 mL)+ concentración variable de Fe (III)(1, 3 y 5 ppm) expuesta al sol duran-te 4 h.

e. Cuatro muestras de agua depozo del área de estudio, con conte-nidos de As y composición químicavariable, en las condiciones optimiza-das con la muestra sintética. Laradiación solar promedio durante laépoca de los ensayos fue alrededorde 6000 Wh/m2 día.

El porcentaje de remoción de Asse calculó como la diferencia entre laconcentración inicial en la muestratomada en boca de pozo y la concen-tración medida en la muestra luegode realizarse el ensayo RAOS.

El valor del pH se determinó conun pHmetro Metrohm 704 con sondade temperatura, antes y después dehaber expuesto la muestra a la radia-ción solar.

La determinación de las concen-traciones de Fe y As se realizaron enun equipo Hitachi Z-5000 por absor-ción atómica. Las muestras fueron fil-

tradas utilizando filtros de membra-na de 0,45 mm de acetato de celulo-sa y acidificadas con HNO3 concen-trado de grado analítico.

La determinación de As total ensolución se realizó por absorciónatómica con horno de grafito. Se uti-lizó un patrón de arsenito de sodiomarca Merck (1 g/L As). Para laslecturas se utilizó una matriz modifi-cadora de Ni(NO3)2 de 500 ppm, se-gún lo recomendado por Creed etal.(10). La determinación de Fe totalen solución se realizó con un detec-tor de llama. Se utilizó patrón marcaMerck de FeCl3 (1 g/L Fe). Esta mis-ma solución se agregó a las aguasde los pozos y artificial para aumen-tar la concentración de Fe en solu-ción.

Se realizó el análisis fisicoquí-mico completo tanto de las mues-tras extraídas de los pozos de lazona como de la solución sintética.Además, se tomaron muestras deotros pozos a fin de actualizar losdatos geoquímicos obtenidos en elaño 2001. En boca de pozo se re-gistró pH, conductividad, alcalini-dad, turbidez y temperatura. Lospuntos de muestreo fueron georre-ferenciados con un GPS Pioneer, yse registró, además, la profundidaddel pozo y del nivel del agua. Lasmuestras para la determinación delos metales pesados se filtraron enel campo con filtros Millipore deacetato de celulosa de 0,45 mm yacidificadas con HNO3 concentra-do. En el laboratorio se determina-ron iones mayoritarios, nitrato, sóli-dos totales, materia orgánica, oxí-geno disuelto (método de Winkler),As, Fe y Mn. Las concentraciones

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de los elementos traza correspon-den a valores totales en solución.

1.5. ResultadosEn la Tabla 1 se presentan los

datos químicos de la muestra deagua sintética y de los pozos utiliza-dos en los ensayos de remoción deAs. En la Tabla 2 se detallan algunosparámetros fisicoquímicos, y en laTabla 3 se indican las concentracio-nes de Fe y As total.

A fin de optimizar el método, serealizaron ensayos bajo condicionesvariables de tiempo, concentración

de Fe y de jugo de limón, según seindicó en la metodología.

a) Efecto del agregadode jugo de limónSe expuso la muestra sintética a

la radiación solar durante 120 minu-tos sin ningún tipo de agregado, y laconcentración de As en la muestrafue determinada cada 20 minutos.Los resultados que se muestran en laFigura 4 indican que en estas condi-ciones la remoción no supera el 15%.

El mismo ensayo se repitió agre-gando a la muestra 750 mL de jugo

Muestra Ca2+ Mg2+ Na+ K+ HCO3- Cl- SO4

2- NO3-

Sample(mmol/L)

Solución 0,8-1,5 0,6-1,2 30-35 0,60- 10-11 8,5-9,5 5.7-7,1 4,0-4,4artificial 0,65Artificialsolution

1 0,08 0,13 21,00 0,15 19,77 0,15 0,23 <0.042 0,09 0,07 17,00 0,15 13,82 0,65 0,50 1,783 0,41 0,18 6,00 0,55 6,17 0,29 0,23 <0.044 0,89 0,61 17,00 0,75 8,89 6,28 2,63 0,48

Tabla 1. Composición iónica mayoritaria de las muestras de pozo y modelo. Los ensayos fueronllevados a cabo con varias muestras de solución sintética, por lo que se indica en este caso unrango de concentraciónTable 1. Major ionic composition of the well water and model samples. The tests were performedon a variety of synthetic solutions, with the value indicated as a concentration range

Muestra Prof. T pH Conductiv. Turb. M.O. O.D. S.T.Sample Deepness

mbbp ºC µS @ 25ºC NTU mg O2/l mg O2/l ppmSolución - - 7,6- 2871 - - - -artificialArtificialsolution 7,8

1 12 21,9 8,56 501 9,8 2,40 7.42 12162 10 22,6 8,73 482 0,6 1,25 7.42 11253 9 21,3 8,39 254 1,32 1,32 7.32 5144 36 24,3 7,70 1853 0,88 1,11 7,22 1261

Tabla 2. Parámetros fisicoquímicos. El pH de la solución sintética corresponde al promedio de lassoluciones utilizadasTable 2. Physico-chemical parameters. The pH of the synthetic solution corresponds to the aver-age for the solutions used.


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de limón por litro de solución. Las lec-turas de As se realizaron a intervalosde 20 minutos durante las primeras 2horas y luego a intervalos variables.En este caso, la remoción es ligera-mente mayor que la observada ante-riormente, aunque la misma no supe-ra el 30%. En la Figura 5 se muestranlos resultados obtenidos, y en la Ta-bla 4 se indican los valores de pH re-gistrados antes y después de exponerla muestra al sol.

b) Efecto del agregado de Fe(III)Se añadió a la solución sintética

una concentración de Fe de 3 ppmademás de los 750 mL de jugo de li-

món. Esta solución se expuso a la ra-diación solar durante 360 minutos (6horas), y se realizó la lectura de As aintervalos variables de aproximada-mente 40 minutos. Después de 6 h, elcontenedor de PET se dejó en posi-ción vertical por 2 meses para permi-tir la sedimentación de las partículasde (hidr)óxidos de hierro. Se realiza-ron lecturas a las 24 y 48 hs. y luegode 30 y 60 días. Los resultados indi-can que la remoción de As es supe-rior al 85 % a partir de los 240 minu-tos de exposición al sol (4 horas) yque el simple agregado de Fe a la so-lución sintética, sin ser expuesta a laradiación solar, produce una remo-ción de aproximadamente un 40 %

Muestra / Sample Fe As Mnppm ppb ppb

solución sintéticasynthetic solution 0,10-0,11 297-189 nd

1 0,12 1023 1,82 0,05 614 2,63 0,08 210 3,34 0,00 86 8,3

Tabla 3. Concentración de Fe, Mn y As de las muestras utilizadas. Los ensayos fueronllevados a cabo con diferentes muestras de solución sintética, por lo que se indica un rangode concentraciónTable 3. Fe, Mn and As concentrations in samples. The tests were performed on a varietyof synthetic solutions, with the value indicated as a concentration range.

Figura 4. Remoción de As enfunción del tiempo en muestramodelo sin el agregado de jugo delimón. Concentración inicial de As:277 ppb

Figure 4. As removal as a function oftime in the synthetic sample withoutadded lemon juice. Initial As concen-tration: 277 ppb.

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del As total (Figura 6). En la Tabla 5se indica el valor de pH registrado encada etapa del ensayo.

Además de controlar la variación enla concentración de As de la muestramodelo, se midió la concentración de Fetotal en solución en cada intervalo detiempo estudiado. En la Figura 7 se re-presenta el % de Fe que precipita (dife-rencia entre la concentración de Fe en lasolución antes y después de ser expues-ta al sol) en función del tiempo.

c) Concentraciones variables dejugo del limón y de Fe. Intervalo detiempo constante

Se realizaron ensayos agregandoal agua modelo concentraciones varia-bles de una solución de Fe(III) y de ju-go de limón. En la Figura 8 se muestra

la variación del porcentaje de remo-ción de As de la muestra de agua mo-delo luego de ser expuesta al sol du-rante 4 horas, con distintas concentra-ciones de Fe y jugo de limón y en laTabla 6 los valores de pH registradosen cada uno de los ensayos.

De acuerdo con estos resultados, lamáxima adsorción se obtiene cuandolas concentraciones de Fe total en solu-ción son 3 y 5 mg/L y el volumen de ju-go de limón es de 0,75 ml. Sin embargo,la remoción obtenida al agregar 3 ppmde Fe bajo concentraciones variables dejugo de limón es siempre más efectivaque en el caso de las otras dos concen-traciones estudiadas. Además, debido afactores de orden económico, es preferi-ble el agregado de la menor cantidad deFe(III) a la muestra tratada. En conse-

Figura 5. Remoción de As enfunción del tiempo en muestramodelo con el agregado de jugo delimón. Concentración de As inicial:297 ppb

Figure 5. As removal as a functionof time in synthetic sample with theadded lemon juice. Initial AsConcentration: 297 ppb

Tiempo / Time (min) pH1 pHf

20 7,595 7,57440 7,595 7,65260 7,595 7,62380 7,595 7,662

100 7,595 7,729

Tabla 4. Valores de pH registrados durante los ensayos de remoción de As en muestra modelocon agregado de 750 µL/L de jugo de limón. pH inicial: 7.63. pH1: pH registrado luego delagregado del jugo de limón y antes de la exposición al sol. pHf: pH registrado luego de laexposición al sol.Table 4. pH values recorded during the As removal tests in the sample model with 750 µL/L addedlemon juice. Initial pH: 7.63. pH1: pH recorded after the lemon juice addition and before sun expo-sure. pHf: pH recorded after sun exposure.


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cuencia, se consideran como óptimaslas condiciones iniciales de 3 ppm de Fey 0,75 mL/L de jugo de limón. En la Figu-ra 9 se muestra el porcentaje de remo-ción de As en soluciones donde se hanañadido 3 ppm Fe iniciales, con distintasconcentraciones de jugo de limón.

d) Resultados de RAOS en muestras reales de aguas de

pozo de Los Pereyra Los resultados de remoción de As

obtenidos en las condiciones anterior-mente descritas, son muy satisfactorios,ya que logran remover más de un 85%del contenido de As de la solución pre-parada en el laboratorio y que simula lacomposición química promedio de lasaguas subterráneas someras de la loca-lidad de Los Pereyra.

Figura 6. Remoción de As enfunción del tiempo en muestramodelo con el agregado de jugo de limón y Fe en solución.Concentración de As inicial: 297 ppb

Figure 6. As removal as a function oftime in synthetic sample with addedlemon juice and Fe in solution. InitialAs concentration: 297 ppb

Tiempo / Time (min) pH1 pHf

40 7,272 7,36680 7,272 7,409

120 7,272 7,611190 7,272 7,769250 7,272 7,544360 7,272 Nm

Tabla 5. Valores de pH registrados durante los ensayos de remoción de As en muestra modelocon agregado de 750 µL/L de jugo de limón y 3 ppm de Fe. pH inicial: 7.63. pH1: pH registradoluego del agregado del jugo de limón y antes de la exposición al sol. pHf: pH registrado luego dela exposición al sol. Nm: no medido.Table 5. pH values recorded during the As removal tests in model sample with 750 µL/L of addedlemon juice and 3 ppm of Fe. pH1: pH recorded after the lemon juice addition and before sunexposure. pHf: pH recorded after sun exposure. Nm: Not measured

Figura 7. Porcentaje de precipitaciónde Fe en función del tiempo enmuestra modelo con el agregado dejugo de limón y Fe en solución.Concentración de As inicial: 297 ppb

Figure 7. Percentage of Feprecipitation as a function of timein synthetic sample with addedlemon juice and Fe in solution.Initial As concentration: 297 ppb.

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Figura 8. Ensayos de remoción deAs con concentraciones variablesde Fe y jugo de limón. Tiempo deexposición al sol: 4hs. Concentraciónde As inicial: 240-300 ppb

Figure 8. As removal tests withvariable concentrations of Fe andlemon juice. Sun exposure time: 4 h.Initial As concentration: 240-300 ppb

Fe (ppm) Jugo de limón pH1 pHf T (ºC)Lemon Juice (ml)

1 0,75 7,50 7,82 -1 3,75 7,23 7,08 43,41 7,50 Nm 6,37 36,71 11,25 Nm 6,18 40,53 0,75 6,81 7,81 -3 3,75 Nm 6,54 38,43 7,50 Nm 6,33 40,53 11,25 Nm 5,40 41,35 0,75 7,05 7,36 -5 3,75 Nm 6,40 37,05 7,50 Nm 5,95 40,75 11,25 Nm 5,62 40,1

Tabla 6. Condiciones experimentales determinadas en los ensayos de adsorción de As conconcentraciones variables de Fe y jugo de limón. La temperatura se registró inmediatamentedespués de retirar la muestra del sol. Concentración de As inicial: 240-300 ppb. Nm: no medido.Table 6. Measured experimental conditions in the As adsorption tests with variable concentrationsof Fe and lemon juice. Temperature was measured immediately after the sample was removedfrom sun exposure. Initial As Concentration: 240-300 ppb. Nm: not measured.

Figura 9. Porcentaje de remoción deAs de la muestra modelo en funciónde concentraciones variables dejugo de limón. Concentración de Feagregado a la solución: 3 ppm.Tiempo de exposición al sol: 4 hs.

Figure 9. Percentage of As removalin synthetic sample at variousconcentrations of lemon juice.Fe concentration: 3 ppm. Sun expo-sure time: 4 h


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En función de estos resultados,se practicaron ensayos en aguas ex-traídas de pozos de la zona que pre-sentan composiciones químicas ycontenidos de As diferentes. Las con-diciones que se utilizaron fueron lasoptimizadas con la muestra modelo.En la Tabla 7, se indican los resulta-dos obtenidos y las condiciones bajolas cuales se realizaron los ensayos.

Los porcentajes de remoción deAs obtenidos en los pozos 3 y 4 y enla muestra sintética son reproduci-bles. Por el contrario, las determina-ciones realizadas en los pozos 1 y 2arrojan resultados muy variables, conporcentajes de remoción que no su-peran en ningún caso, el 40 %.

1.6. DiscusiónEn la localidad de Los Pereyra, la

composición química de las aguassubterráneas someras es muy varia-da, en concordancia con las fuertesvariaciones litológicas encontradas enlos primeros metros de la columna es-tratigráfica. Esta situación se ve refle-jada principalmente a través de la con-ductividad, cuya variación espacial nosigue una tendencia definida. Estas

variaciones se observan también en elcontenido de As (y en el de otros ele-mentos), aunque en el caso del As seha podido encontrar un patrón de dis-tribución (ver hidrogeoquímica).

Los habitantes de la zona toman elagua que extraen de los pozos, salvode aquéllos en donde la salinidad estan elevada que se refleja en el sabordel agua. Es por ello que la fuerza ióni-ca del agua utilizada como modelo esmayor que la de los pozos estudiados.El agua modelo posee en su composi-ción la mayoría de los elementos pre-sentes en las aguas reales, a excep-ción de sílice, algunos elementos traza(como Cr, Zn, etc.), fosfatos y materiaorgánica. El agua modelo no estabacontaminada bacteriológicamente.

Los resultados obtenidos en aguasde pozo muestran que el métodoRAOS, optimizado para muestras mo-delo con la composición química pro-medio de la zona de estudio, no es efi-ciente en todos los casos reales. Dosson los motivos por los cuales la remo-ción puede ser ineficiente. Por un lado,la cantidad de Fe que precipita puedeno ser suficiente como para remover lamayor parte del As en solución, o bien,

Muestra / Sample pH As %As Fe % Fe(ppb) adsorbed (ppm) Precipitated

Original 8,56 1023 3.45W/Fe + lemon + hν 7,57* 753 26 1.88 46Original 8,73 614 3,36W/Fe + lemon + hν 7,61* 372 39 3.05 9Original 8,39 210 3,04W/Fe + lemon + hν 6,27* 147 38 1.31 57Original 7,70 88 3,13W/Fe + lemon + hν 7,39* 37 58 0.17 95

Tabla 7. Condiciones experimentales y resultados obtenidos en los ensayos de remoción de Asen muestras de pozo. El asterisco indica el valor del pH registrado luego de la exposición solar.Concentración de Fe agregado: 3 ppm. Concentración de jugo de limón 750 µL/LTable 7. Experimental conditions and As removal test results in well samples. The asterisk *indicates a pH value recorded after sun exposure. Added Fe concentration: 3 ppm.Lemon juice concentration: 750 µL/L.

wel

l 4w

ell 3

wel

l 2w

ell 1

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existe algún tipo de interferencia quedisminuye la capacidad de adsorcióndel As sobre la superficie del óxido.

Para analizar este tema se compa-raron los resultados experimentalescon valores modelados con el progra-ma geoquímico PHREEQC(11). El objeti-vo fue definir el valor teórico de As ensolución una vez que la muestra entraen contacto con las partículas de óxidode hierro. La masa de las partículas deóxido se calculó a partir de la diferenciaentre la concentración de Fe en solu-ción antes y después de exponer la

muestra al sol. El modelado se hizoconsiderando que las partículas de óxi-do formadas corresponden a un oxo-hi-dróxido de hierro (FeOOH), al cual se leasignaron propiedades superficialesestablecidas en la literatura(12-14). El mo-delo propuesto considera que la adsor-ción del As se produce en un solo tipode sitio sobre la superficie del óxido.Las reacciones de complejación super-ficial como así también los datos de lasconstantes y de las propiedades super-ficiales consideradas en todos los ca-sos se detallan en la Tabla 8.

Tabla 8. Reacciones de complejación superficial y parámetros de la superficie del FeOOHconsiderados para el cálculo del As teórico en muestras donde se realizó en ensayo RAOS.Programa geoquímico: PHREEQC (11)

Table 8. Surface complexation reactions and FeOOH surface parameters used in the theoreticalAs calculation for the RAOS samples. Geo-chemical Program PHREEQC (11)

SOLUTION MASTER SPECIESAs H3AsO3 0 74.96 74.96As(3) H3AsO3 0 74.96As(5) H3AsO4 0 74.96

SOLUTION_SPECIES

H3AsO3 = H2AsO3- + H+ log_k: -9.228H3AsO3 = HAsO3

-2 + 2H+ log_k: -21.33 delta_h: 14.199 kJ/molH3AsO3 = AsO3

-3 + 3H+ log_k: -34.744 delta_h: 20.25 kcal/molH+ + H3AsO3 = H4AsO3

+ log_k: -0.305

H3AsO4 = H2AsO4- + H+ log_k: -2.243 delta_h: -1.69 kcal/molH3AsO4 = HAsO4

-2 + 2H+ log_k: -9.001 delta_h: -0.92 kcal/molH3AsO4 = AsO4

-3 + 3H+ log_k: -20.597 delta_h: 3.43 kcal/molH3AsO3 + H2O = H3AsO4 + 2H+ + 2e- log_k: 30.015 delta_h:-19.444 kcal/mol

SURFACE_MASTER_SPECIES Fe_ Fe_OH

SURFACE_SPECIESH+ + Fe_OH = Fe_OH2

+ log_k : 7.9Fe_OH = Fe_O- + H+ log_k : -8.7AsO4

-3 + 2H+ + Fe_OH = Fe_HAsO4- + H2O log_k : 16AsO4

-3 + Fe_OH = Fe_OHAsO4-3 log_k : 5.7

AsO4-3 + 3H+ + Fe_OH = Fe_H2AsO4 + H2O log_k : 29.41

SURFACE FeOOHFe_OH

No. of surface sites: 0.1 molesSurface Area: 600 m2/gMass: 0.00284 g


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Este modelo se aplicó a las 4muestras de agua de pozo estudiadasy a dos muestras artificiales, a las quese agregaron 3 ppm de Fe y 750 mL/Lde jugo de limón. Un procedimiento si-milar se aplicó a las muestras de lospozos 1 y 2 y a una de las muestrasartificiales, a las que se agregó inicial-mente 5 ppm de Fe y 750 mL/L de ju-go de limón. En la Tabla 9 se compa-ran los resultados experimentales conlos valores calculados con PHREEQCpara todas las muestras donde se lle-varon a cabo los ensayos RAOS conagregado de 3 ppm de Fe.

Los resultados obtenidos con elprograma sugieren que la cantidadde Fe que precipita en las muestrasestudiadas es teóricamente suficien-

te para remover casi todo el arsénicopresente en la solución, con excep-ción de la muestra correspondiente alpozo 1, donde la concentración teóri-ca obtenida está muy por encima delvalor de concentración límite de Asen aguas de consumo.

Se realizó un nuevo cálculo con-siderando los resultados experimen-tales obtenidos en ensayos en losque la concentración de Fe inicial enla muestra fue de 5 ppm. En la Tabla10 se muestran los resultados.

Los nuevos resultados teóricos in-dican que la concentración de FeOOHen la suspensión no se incrementa obien lo hace en baja proporción al au-mentar la concentración de Fe agrega-do. La precipitación del Fe agregado a

Well 1 Well 2 Well 3 Well 4 Synt. 1 Synt. 2As in experimental solution (M) 1E-5 4.9E-6 1.9E-6 4.3E-7 5.3E-7 3.0E-7As in experimental solution (ppb) 753 372 147 32 40 23As in modeled solution (M) 4.2E-6 1.1E-7 4.7E-7 9.9E-9 5.6E-8 2.6E-8As in modeled solution (ppb) 318 8 35 1 4 2Precipitated FeOOH (g) 2.5E-3 5.6E-4 3.1E-3 4.7E-3 2.8E-3 4.1E-3Experimental Efficiency (%) 27 39 30 54 78 88Modeled Efficiency (%) 69 99 83 98 97 99

Tabla 9. Comparación entre las concentraciones de As en solución teóricas y medidas, luegode aplicar el método RAOS en aguas subterráneas y muestras artificiales. Fe inicial: 3 ppm Table 9. Comparison of the As concentrations in theoretical and measured solutions, after usingthe RAOS method on groundwater and artificial water samples. Initial Fe: 3 ppm

Well 1 Well 2 Synthetic 2As in experimental solution (M) 1.0E-05 5.9E-06 6.5E-08As in experimental solution (ppb) 752 446 5As in modeled solution (M) 4.2E-06 1.0E-07 2.5E-08As in modeled solution (ppb) 317 8 2Precipitated FeOOH (g) 2.3E-03 2.6E-03 8.0E-03Experimental Efficiency (%) 26 27 98Modeled Efficiency (%) 69 99 99

Tabla 10. Comparación entre las concentraciones de As en solución teóricas y medidas, luegode aplicar el método RAOS en aguas subterráneas y muestras artificiales. Fe inicial: 5 ppmTable 10. Comparison of the As concentrations in theoretical and measured solutions, after usingthe RAOS method on groundwater and artificial water samples. Initial Fe: 5 ppm

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las muestras es muy sensible al valorde pE de las mismas, tal como puedeverse en la Figura 10. El programa PH-REEQC calcula los valores de pE utili-zando la concentración medida de oxí-geno disuelto. Asimismo, se observauna fuerte dependencia entre el por-centaje de Fe que precipita y la fuerzaiónica de la solución (Figura 11).

La falta de disponibilidad de oxí-geno se ve reflejada en los valoresde As teóricos que permanecen ensolución. La cantidad removida noaumenta en forma proporcional a laconcentración de Fe.

Las limitaciones a la precipita-ción del Fe no son las únicas causasde interferencia. Para la muestra delpozo 2, se observa que, al pasar de 3a 5 ppm Fe, la cantidad de As remo-vida disminuye, mientras que la can-tidad de FeOOH precipitada aumen-

ta. Deben tenerse en cuenta enton-ces también factores como la dispo-nibilidad de álcali, las interferenciasquímicas de todo tipo en el procesode adsorción / precipitación del Ascomo As(V), y las características su-perficiales de los óxidos formados enlos distintos medios. No se observantendencias claras que vinculen lacantidad de As que se remueve porunidad de masa de FeOOH precipita-do y la composición química mayori-taria de las soluciones utilizadas.

1.8. ConclusionesLa eficiencia del método RAOS en

muestras de pozos de la localidad deLos Pereyra es parcial. Únicamentelogra reducir los contenidos de As ensolución a niveles inferiores al límitepara aguas de consumo en el pozodonde el contenido de sales es ele-

Figura 10. Relación entre elporcentaje de Fe que precipita y elvalor de pe en las muestras de pozoy modelo utilizadas en los ensayosRAOS

Figure 10. Relationship between thepercentage of Fe that precipitatesand pE in well and synthetic sam-ples

Figura 11. Relación entre elporcentaje de Fe que precipita y lafuerza iónica en las muestras depozo y modelo utilizadas en losensayos RAOS

Figure 11. Relationship between thepercentage of Fe precipitated andthe ionic strength in well and syn-thetic samples


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vado y, coincidentemente, la concen-tración inicial de As es relativamentebaja, menor de 100 ppb.

Los ensayos llevados a cabo conmuestras modelo indican que para ob-tener una remoción superior al 90 %es necesario agregar a la muestra unaconcentración de 3 ppm de Fe y nomás de 0,75 mL/L de jugo de limón.Los experimentos indican también queel no agregado del jugo de limón noafecta los niveles de remoción, peroes aconsejable hacerlo a fin de asegu-rar la oxidación del As(III) en caso deque lo hubiera. La exposición al sol de-be ser superior a las 3 horas y es másefectiva si la muestra se deja decantardurante 24 hs.

La baja eficiencia del método enmuestras de pozo está asociada a di-versos factores: precipitación incom-pleta del FeOOH, remoción incom-pleta de las partículas por sedimen-tación, interferencias en las reaccio-nes de oxidación de As(III) a As(V)y/o de adsorción de As(V) sobre elprecipitado, o cambios en las propie-dades superficiales de los óxidos deFe generados en distintas aguas.

La adsorción de AsO43- sobre lasuperficie de las partículas de FeOOHpuede estar interferida por la presen-cia de materia orgánica, sílice en solu-ción o fosfatos entre otros (11-13). Este te-ma requiere la realización de ensayoscomplementarios.

La aparición de coloración con elagregado de Fe extra para aseguraruna cantidad de óxido suficiente parala adsorción de As, puede constituir uninconveniente en la percepción socialpara la aplicación del método RAOS;este tema se encuentra actualmenteen estudio, con miras al reemplazo delagregado de sales férricas.

Nuestros resultados demuestranque la eficiencia del método es muysensible a un número importante devariables definidas por característicaslocales, lo que obliga a un desarrolloespecífico del procedimiento, paraadecuarlo a cada sitio de aplicación:

1. El efecto del agregado de jugode limón puede ser beneficioso o per-judicial. Si la remoción se efectúacon precipitados de óxidos de hierroformados por hidrólisis de ionesFe(III), y el arsénico se encuentra co-mo As(V), el agregado de jugo de li-món, con su contenido de ácido cítri-co, hace disminuir apreciablementela eficiencia de remoción de As.

2. En muchas aguas naturales, lacantidad de hierro necesaria para re-mover todo el arsénico no puede pro-venir de las sales disueltas. Se re-quieren agregados de hierro exógenopara alcanzar relaciones Fe/As ade-cuadamente elevadas.

3. En aguas de baja conductivi-dad (baja fuerza iónica), la formaciónde precipitado conduce frecuente-mente a partículas extremadamentepequeñas, muy difíciles de removerpor decantación o aun por filtración.

4. Las aguas carbonatadas pro-veen la cantidad de álcali adecuadapara sostener el proceso de hidrólisisdel Fe(III), pero ello no ocurre nece-sariamente así en aguas de baja al-calinidad.

5. Las aguas de alto contenido demateria orgánica y, consecuentemen-te, bajos niveles de oxígeno disuelto,son más difíciles de tratar, porque labaja oxidación de As(III) a As(V) pue-de limitar la eficiencia de remoción.

6. La optimización del tiempo deirradiación / calentamiento solar es difí-cil de realizar, porque la necesidad de

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fotones y de calor depende también cru-cialmente de las variables anteriores.

Se concluye que si bien el proce-so muestra características promete-doras, el mismo no está todavía opti-mizado como para su aplicación, auna escala de prueba. Para llegar a es-ta etapa deberán todavía resolverselos siguientes problemas:

1. Forma de dosificación del hierro.El agregado de sales no parece un pro-cedimiento adecuado para la imple-mentación práctica del proceso. Se es-tán evaluando alternativas que implicanla generación de los óxidos hidrosos deFe(III) por precipitación oxidativa, con-diciones en las cuales el proceso foto-

Fenton será también más eficiente parauna eventual oxidación de As(III).

2. Formas de lograr una buenadecantación de los óxidos hidrososde Fe(III). Una buena alternativa pararesolver este problema se basa tam-bién en una estrategia diferente dedosificación de hierro.

3. Formas simplificadas de pree-valuación de la influencia que tendrála matriz de composición química delagua sobre la eficiencia.

4. Formas de gestión de las sus-pensiones residuales de óxidos dehierro con arsénico adsorbido, paragarantizar que no habrá un impactoambiental desfavorable.

1 García M. G., Estudio hidrogeoquímico de las aguas subterráneas y superficiales de la cuenca arte-siana del SE de la Provincia de Tucumán. Tesis doctoral. Facultad de Ciencias Naturales e IML.Universidad Nacional de Tucumán. Inédito, 2002.2 Nicolli H. B.; Tineo A., García, J. W. Estudio hidrogeológico y de calidad del agua en al cuenca del RíoSalí, Provincia de Tucumán. INGEOQUI (instituto de geoquímica) Dirección General de Investigación yDesarrollo. Fuerza Aérea Argentina: 82-100, 2000.3 Warren C., Hydrogeology and Water Quality of Los Pereyras, Tucumán, Argentina. Unpublished MScThesis, University College London, 2001.4 Código Alimentario Argentino (CAA), Art.1 Res. MS y AS N°494. Ley 18284. Dec. Reglamentario 2126.Anexo I y II. Ed. Marzocchi, 1994.5 Wegelin M., Gechter D., Hug S., Mahmud A., Motaleb A., SORAS - a simple arsenic removal process.In: water, sanitation, hygiene: challenges of the millennium. 26th. WEDC conference, 2000, Dhaka: 379-382.6 Hug S., Wegelin M., Gechter D., Canonica L., EAWAG News, 49: 18-20, 2000.7 Relevamiento de comunidades rurales de América Latina para la aplicación de tecnologías económicaspara la potabilización de aguas, M. Litter (Ed.) Digital Grafic, La Plata, 2002.8 Warren C., Burgess W., García M. G., Arsenic and fluoride in Quaternary loess and alluvial aquifers atLos Pereyra, Tucumán, Argentina. Actas del XXXII Congreso Internacional de Hidrogeología. Mar delPlata, Argentina: 91 (2002). (Trabajo completo en formato digital).9 World Health Organization (WHO). Guidelines for drinking water quality. Revision of the 1984 guidelines.Final task group meeting, Geneva, 21-25 September 1992. WHO 1999: http://www.who.int/inf-fs/en/fact210.html) (1993).10 Creed J. T., Martin T. D., O´Dell J. W., Determination of trace elements by stabilized temperaturegraphite furnace atomic absorption. Environmental Monitoring Systems Laboratory Office of Reasearchand Development. USEPA, Cincinnati, Ohio, 1994.11 Parkhurst D. L., User´s guide to PHREEQC. A computer program for speciation, reaction path, advec-tive transport and inverse geochemical calculations. U.S. Geological Survey. Denver, Colorado, 1995.12 Dzombak D. A., Morel F. M. M., Surface complexation modeling. Hydrous ferric oxide. John Wiley &sons. New York. 1990, 393 pp. 13 Rau I., Gonzalo A., Valiente M., Arsenic (V) adsorption by immobilized iron mediation. Modelling of theadsorption process and influence of interfering anions. Reactive and functional polymers, 54 (1-3): 85-94,2003.14 Bose P.; Sharma, A., Role of iron in controlling speciation and mobilization of arsenic in subsurface envi-ronment. Water Research, 36 (19): 4916-4926, 2002.

Referencias

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Chapter 1

María Gabriela García*, Margarita del Valle Hidalgo*, Marta I. Litter** and Miguel A. Blesa**,***

As Removal by Raos in Los Pereyra,Province of Tucumán, Argentina

*Facultad de Ciencias Naturales e Instituto Miguel Lillo, Universidad Nacional de Tucumán**Unidad de Actividad Química, Centro Atómico Constituyentes, Comisión Nacional de EnergíaAtómica***Escuela de Posgrado, Universidad Nacional de General San Martín

AbstractIn this work, we test the perform-

ance of the SORAS method (ArsenicSolar Removal), an adaptation of themethod, for arsenic removal fromwaters used for human consumptionin the rural regions of the TucumánProvince, Argentina.

In this research project, an excel-lent removal (larger than 90 %) wasachieved in synthetic waters whosecomposition was similar to the aver-age composition of surface waters inthe study region. However, the effi-ciency of the process in real wellsamples was much lower. In onecase, coincidentally with the exis-tence of high salt levels, the removalwas acceptable (close to 60 %); whilein other samples, with much lowersalt contents, the removal was poor(near 30 %), and the residual As lev-els were higher than those fixed bythe applicable regulations. Futurestudies are required to optimize thetechnology for application in the

study region.1.1. IntroductionA large part of the rural popula-

tion of the Tucumán Province doesnot have access to a drinking waterdistribution system. Their water sup-ply is provided by deep wells (morethan 100 meters deep) located infree-access points where each familymust go to obtain the water that theyneed. To avoid this inconvenience,some families have dug shallow wellsin their lands, to get water from thephreatic. The depth of these wellsdepends on the depth of the shallowaquifer.

In a large part of the TucumánProvince, the water quality of theshallow groundwater is poor, due toits bacteriological content, the pres-ence of nitrates and the high concen-trations of trace elements such asarsenic, manganese, fluorine, boron,vanadium, among others(3-5). The poorwater quality, combined with thepoverty and malnutrition conditions,

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As Removal by Raos in Los Pereyra, Province of Tucumán, Argentina

is one of the causes for the appear-ance of illnesses such as parasitosis,diarrheas and HACRE (chronicregional endemic hydroarsenicism).

The presence of arsenic in con-centrations that are above the limitsestablished by the Argentine FoodCode, CAA(6) in water for human con-sumption is a problem that affects theshallow groundwater of the TucumánProvince and the rest of the Chaco-Pampean Plain. Chronic exposure toarsenic produces hyperpigmentation,depigmentation, keratosis andperipheral vascular disorders. It hasalso been linked to cancers of skin,lung, liver, gall bladder and kidney, aswell as cardiovascular and neurologi-cal diseases. Arsenic has an accu-mulative effect in the organism, andconsequently the symptoms begin toappear after a minimum exposure of5 years. The first symptom is theappearance of skin lesions, whichcan develop into a complicated con-dition if it is associated with malnutri-tion and hepatitis B(6).

The SORAS (Arsenic SolarRemoval) method was used with par-tial success to remove high levels ofAs from groundwaters of Bangladeshand India, where it was combinedwith the SODIS (Solar Disinfection)Method for bacteria removal fromwater(1,2). The SORAS method isbased on solar irradiation of arsenic-contaminated water placed inside aplastic bottle, preferentially from poly-ethylene terephtalate (PET). Arsenicis then removed by decantation of theferric oxides formed in the water.

In 2002, an applicability study onthe RAOS process was initiatedsimultaneously in Argentina, Chileand Peru, considering prospect

zones chosen in a previous study(7).In this work, the results correspon-ding to the prospect zone of theArgentine Republic are described.

1.2. Study areaLos Pereyra is located 70 km

east of the San Miguel de Tucumancity. It is a small rural locality on the327 Provincial route, betweenEstación Aráoz and 303 ProvincialRoute (see Figure 1). The populationis 1,000 inhabitants and the mainactivity is agriculture / cattle raising.

The climate is sub-tropical with adry season that extends from May toSeptember. The average annual pre-cipitation is 800 mm/year and theaverage temperature is 19 ºC. Thereare no important surface watercours-es in the region, forcing the popula-tion to use groundwater for supply.

1.3. HydrogeochemistryThe geochemical characteriza-

tion of shallow and deep groundwa-ters of Los Pereyra was performed inMay – June 2001, at the end of thewet season(5). Samples were obtainedfrom 56 wells, 36 of which were shal-low. In October and November 2002,at the end of the dry season, some ofthe wells were re-sampled to analyzethe possible temporal variations intheir chemical composition.

The shallow groundwater compo-sition is dominated by sodium bicar-bonate with highly variable concen-trations of major ions. Salinity andtotal solids content are also very vari-able (between 375 and 5990 mg/l).The pH varied between 6.8 and 8.6with an average value of 7.8. Thewaters are oxidic, with dissolved oxy-gen concentrations that vary between


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0.17 and 8.06 mg/L. In some wells,nitrate concentration exceeds thelimit established by CAA (45 mg/L)with an average value of 100 mg/L forthe study area. Groundwater is over-saturated with respect to calcite, butunder-saturated with respect to fluo-rite(8).

Both arsenic (range: 20 to 758µg/l, average: 279 µg/l) and fluoride(range: 0 to 8.3 mg/l, average: 1.6mg/l) concentrations are high, withgreat variability. 87% of 31 shallowwells sampled had an arsenic con-centration greater than the Argentinelimit of 50 mg/l(6); all wells exceededthe WHO(9) recommended limit of 10mg/l. 33 % of wells sampled had afluoride concentration greater than1.2 mg/l, the Argentine limit, yet 64 %contained no fluoride.

Warren et al.,(8) have defined thespatial distribution of both, As and Fin Los Pereyra. According to theseauthors, high arsenic concentrations,exceeding 400 mg/l, are largelyrestricted to the first 20 m of deep-ness. In addition, a layer of less than500-m width, with concentrationshigher to 500 µg/L, parallel to 327route (see Figure 1), is observed.Beyond this layer, As concentrationdecrease in both sides, although val-ues lower than 50 µg/L are seldomobserved.

The temporal analysis suggeststhat the ionic concentrations arehigher at the end of the dry season(October-November) than theobserved at the end of the wet sea-son (May-June), as can be seen inFigure 2. Sodium contents are almostconstant during the year in the major-ity of the sampled boreholes, as wellas the pH values. Dissolved oxygen

levels are slightly higher at the end ofthe dry season (Figure 3). Usually,the concentration of arsenic is lowerat the end of the dry season, whenthe phreatic level is deeper. However,in many of the sampled boreholes,the variation of the As content islower than 5 %.

1.4. MethodologyThe first stage of this work was

oriented towards the optimization ofthe RAOS method for the waters ofthe study area. To do this, syntheticsolutions were prepared with sodiumarsenite whose principal ionic com-position was adjusted to match themeasured average value in thewaters of the study area. The result-ing dissolved salt content is higherthan the value determined for thetested well water samples. The Asand Fe concentrations correspond tothe average for the area.

To evaluate the degree of Asremoval as a function of time andwith different concentrations of lemonjuice and Fe, the tests were per-formed under a variety of conditions.The following experiments were per-formed:

a. Synthetic water, sun exposuretime: 2 h. As removal after 20 minwas also measured.

b. Synthetic water + 750 µL/L oflemon juice (15 drops), sun exposuretime: 4 h. The As readings were takenevery 40 min.

c. Synthetic water + 750 µL/L oflemon juice (15 drops) + 3 ppm of Fe(III), sun exposure time: 6 h. The Asreadings were taken approximatelyevery 40 min.

d. Synthetic water + variable vol-ume of lemon juice (0.75, 3.75, 7.50

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and 11.25 mL/L), + variable concen-trations of Fe (III) (1, 3 y 5 ppm), sunexposure time: 4 h.

e. Four well-water samples of thestudy area with variable As andchemical composition, under the opti-mized conditions for the syntheticsample.

The As removal percentage wascalculated as the difference betweenthe initial concentration measured onsite and the concentration measuredafter performing the RAOS method.

The pH was determined beforeand after exposure to solar irradia-tion, using a Metrohm 704 pHmeterwith a temperature probe.

A Hitachi Z-5000 atomic absorp-tion spectrometer was used to meas-ure Fe and As concentrations. Thesamples were filtered using a 0.45-mm cellulose acetate membrane andacidified with analytical-grade con-centrated HNO3.

Total As content was determinedby AAS with graphite furnace. A sodi-um arsenite standard, Merck (1 g As/L) was used. A 500-ppm Ni(NO3)2

matrix was added to the samplesbefore the measurement, followingthe methodology recommended byCreed et al(10). For the determinationof total Fe, flame detection was used,with a FeCl3 (1 g/L Fe) standard(Merck). This solution was thenadded to the well and syntheticwaters to increase the Fe concentra-tion in the solution.

A complete physico-chemicalanalysis was performed on the wellwater samples as well as on the syn-thetic samples. Additionally, sampleswere taken from other wells in thearea to update the geochemical data

obtained in 2001. On-site measure-ments of EC, pH, turbidity, alkalinity,and temperature were made. Thesample points were geo-referencedwith a Pioneer GPS, recording theborehole depth and water level aswell. The samples used to determinethe heavy metal content were filteredin the field with a Millipore celluloseacetate membrane of 0.45-mm poresize, and acidified with concentratedHNO3. In laboratory, the principal ionsas well as nitrate, total solids, organ-ic material, dissolved oxygen(Winkler method), As, Fe and Mnwere measured. For trace elements,total concentration values are report-ed.

1.5. ResultsTable 1 presents the chemical

data of the synthetic water samplesand of the well-water samples used inthe As removal tests. Table 2 pro-vides some physico-chemical param-eters and Table 3 indicates the totalFe and As concentrations.

To optimize the methodology, weperformed tests under variable condi-tions of time, and Fe and lemon juiceconcentrations, as indicated in themethodology.

a) Effect of the additionof lemon juice

The synthetic sample wasexposed to solar irradiation for 120minutes without any additions, andthe As concentration was measuredevery 20 minutes. The results pre-sented in Figure 4 indicate that underthese conditions removal was nogreater than 15 %.

The same test was repeated


29

adding 750 µL/L of lemon juice. TheAs readings were taken at 20-minintervals during the first 2 h, and thenat variable time intervals. In thiscase, the removal was higher, but notexceeding 30 %. Figure 5 presentsthe obtained results, and Table 4 indi-cates the pH recorded before andafter sun exposure.

b) Effect of the addition of Fe(III)The concentration of Fe in the

synthetic sample was increased to 3ppm by adding a solution of FeCl3 tothe PET container. 750 µL/L of lemonjuice (15 drops) were also added.The resulting solution was illuminatedwith sunlight for 6 hours and the con-centration of As in the solution wasmeasured every 40 minutes. After 6h, the PET container was left in verti-cal position for 2 month to allow theiron (hydr)oxides particles, to settledown. The As concentration of thissolution was controlled after 24 and48 hours, and in the next 30 and 60days. The results indicate that theefficiency of As removal is higherthan 85% after 240 minutes of solarirradiation (Figure 6). The addition of3 ppm of Fe(III) to the synthetic sam-ple produces a removal of 40% in thedark, measured just before the irradi-ation with sunlight. Table 5 shows thepH values recorded for each stage ofthe test.

In addition to control the variationof As concentration in our modelsample, total Fe in solution wasmeasured at each time interval.Figure 7 presents the percentage ofprecipitated Fe (difference betweenthe Fe concentration in the solution

before and after sun exposure) as afunction of time.

c) Effect of the addition ofvariable concentrationsof lemon juice and Fe (III). Constant illumination timeTests were performed adding to

the synthetic water different amountsof Fe (III) solution and lemon juice.Figure 8 shows the percentage varia-tion of the As removal from the syn-thetic water sample after 4 h of sunexposure, with different Fe andlemon juice concentrations. The pHvalues recorded for each test are pre-sented in Table 6.

According to these results, themaximum adsorption was obtainedwhen the total Fe concentration insolution was 3 and 5 mg/L and thevolume of lemon juice was 0.75 mL.However, removal obtained uponaddition of 3 ppm of Fe under vari-able concentrations of lemon juice isalways more effective than in theother two studied concentrations.Economy of additives also favors theuse of lower Fe(III) concentrations.As a result, the optimal initial condi-tions are established to be 3 ppm Feand 0.75 mL/L lemon juice. Figure 9presents the As removal percentagein solutions with 3 ppm Fe as a func-tion of lemon juice concentration.

d) RAOS applied to rawgroundwater samples from LosPereyra

As removal under the previouslydescribed conditions is very satisfac-tory, over 85 % of the As content ofthe laboratory-prepared solutions,whose average chemical composition

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simulated the shallow groundwatersof Los Pereyra.

Based on these results, testswere performed on groundwatersamples from the study area, whichpresent different chemical composi-tions and As content. The conditionsused were those considered optimalbased on laboratory tests. Table 7shows the test conditions and theresults obtained.

As removal extent from ground-water 3 and 4 and from the syntheticsample yielded reproducible results.On the other hand, measurements insamples from wells 1 and 2 producedvery variable results, with removalpercentages that were not larger than40 % in any case.

1.6. DiscussionThe chemical composition of the

shallow groundwaters of Los Pereyrais very variable, in concordance withthe drastic lithological changes in thefirst few meters of the stratigraphiccolumn. This is the reason for theobserved randomly spatial distribu-tion of salinity and/or conductivity.This spatial variation is also observedin the arsenic content and other traceelements. However, in the case of thearsenic, a clear distribution patternwas found (See hydrogeochemistry).

The inhabitants of the area drinkthe water from their own wells,except when the salinity is highenough to alter the taste. For thisreason, the average ionic strength,used to define the composition of thesynthetic water, is larger than that ofthe studied wells. The composition ofthe synthetic water includes most ofthe elements present in the real

waters, except for silica, some traceelements (such as Cr, Zn, etc), phos-phates and organic material.Synthetic water samples are not bac-teriologically contaminated.

The results obtained show thatthe RAOS method, optimized withsamples of the average major chemi-cal composition for the study area, isnot efficient in all field samples.There are two reasons that makeremoval inefficient. Firstly, the ironoxide that precipitates might not beenough to remove most of the As insolution. Alternatively, there could besome type of interference thatdecreases the As adsorption capacityonto the oxide surface.

To analyze this point, the experi-mental systems were modeled withthe geo-chemical program PHREE-QC(11). Modeling aimed at calculatingthe equilibrium As concentration inthe solution in contact with the ironoxide particles. The mass of theoxide particles is calculated as thedifference between the Fe concentra-tion in solution before and after sunexposure. The model assumes thatthe solid is an iron oxo-hydroxide(FeOOH), with surface properties asdescribed in the literature (12-14). Asadsorption is assumed to take placeon only one type of sites on the oxidesurface. The solution and surfacecomplexation equilibria included inthe model, and the equilibrium ther-modynamic constants and surfaceparameters used in the calculationsare presented in Table 8. This modelwas applied to the four well-watersamples studied and to the two syn-thetic samples containing 3 ppm Feand 750 µL/L lemon juice. A similar


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procedure was applied to the sam-ples of wells 1 and 2 and to one of thesynthetic samples containing 5 ppmFe and 750 µL/L lemon juice. Table 9compares the experimental resultswith values calculated by PHREEQCfor all the samples containing 3 ppmFe. The model calculations suggestthat the precipitated quantity of Fesuffices theoretically to removealmost all arsenic present in the solu-tion, the only exception being thesample from well 1, for which the the-oretical residual As concentration ismuch higher than the limit for drinkingwater.

A new calculation was madeusing an initial Fe concentration of 5ppm. Table 10 presents the results.The new theoretical results indicatethat the FeOOH concentration in sus-pension did not increase or increasedin a small proportion when the addedFe concentration was increased. Theprecipitation of Fe added to the sam-ple is very sensitive to the pE values,as it can be seen in Figure 10.PHREEQC calculates pE valuesusing the measured concentration ofdissolved oxygen. In the same way, astrong dependence was observedbetween the percentage of Fe precip-itation and the ionic strength of thesolution (Figure 11).

The dissolved oxygen require-ments are reflected in the theoreticalvalues of As that remains in solution,which do not differ much in the sam-ples containing 3 and 5 ppm Fe.

The limitations to Fe precipitationare not the only cause for the low Asremoval efficiency. For samples fromwell 2, increasing Fe concentrationfrom 3 to 5 ppm produces a signifi-

cant increase in the amount of pre-cipitated Fe, whereas the As removalefficiency decreases. Other factors,including alkali availability, interfer-ences in the adsorption / precipitationof As as As(V), and changes in thesurface properties of the FeOOH pre-cipitate, must be taken into account.No clear tendencies relate the quan-tities of As removed per unit mass ofprecipitated FeOOH with the majorionic composition of the solutions.

1.8. ConclusionsThe efficiency of the RAOS

method in groundwater samples fromwells of Los Pereyra is partial. Only inthe raw sample with a concentrationof As lower than 100 ppb (and a highcontent of salts), the final concentra-tion reached after the treatment isbelow the limit required for drinkingwater.

The tests carried out with syn-thetic samples indicate that it is nec-essary to add 3 ppm of Fe(III) and750 µL/L of lemon juice to obtain aremoval higher than 90 %. If nolemon juice is added, the levels ofremoval are not affected, but its addi-tion is advisable in order to ensurethe oxidation of As(III) if present. Theexposure to sunlight must be longerthan 3 hours, and it is more effectiveif the sample container is placed invertical position for 24 hours after thesun irradiation.

The low efficiency of the methodin well samples is associated withseveral factors: incomplete precipita-tion of FeOOH, incomplete removalof solid particles by sedimentation,interference in the oxidation of As(III)to As(V) and/or in the adsorption of

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As(V) on the precipitate by dissolvedspecies, and changes in the surfaceproperties of the precipitate generat-ed in the different well waters.

Organic material, silica in solu-tion, phosphates and other com-pounds can interfere with the adsorp-tion of AsO4

3- on the particle surfaceof FeOOH(11-13). The actual type ofinterference cannot be determinedfrom the results obtained in this work.Further tests are required to deter-mine the influence of organic materi-al and silica on the adsorption of As.

The coloration imparted to waterby large quantities of iron oxide cangenerate a perception problem fromthe population for the RAOS methodapplication; possible alternativemethods are being currently studied.

Our results demonstrate that theefficiency of the method is very sen-sitive to an important number of site-sensitive variables; thus, the generalprocedure must be adapted for appli-cation to each site:

1. The effect of the added lemonjuice can be beneficial or detrimental.If the removal is carried out with pre-cipitates of iron oxides formed byhydrolysis of Fe(III) ions, and arsenicis present as As(V), the addition oflemon juice (with its content of citricacid) reduces appreciably the effi-ciency of As removal.

2. In many natural waters, thequantity of iron necessary to removethe arsenic cannot be obtained fromdissolved salts. Consequently, it isnecessary to add exogenous iron toachieve adequately high Fe/Asratios.

3. In waters of low conductivity(low ionic strength), iron oxides pre-

cipitate as extremely small particles,which are difficult to remove throughdecantation or filtration.

4. Carbonated waters adequatelyprovide alkalinity to sustain thehydrolysis process of Fe(III), but thisis not necessarily the case in waterwith low alkalinity.

5. Waters with a high organicmatter content, and consequently lowdissolved oxygen levels, are moredifficult to treat, because the slow oxi-dation of As(III) to As(V) limits theremoval efficiency.

6. It is difficult to define an opti-mum preset time of irradiation / solarheating, because the photon andheat requirements also depend cru-cially on the variables discussedabove and the solar photon flux.

We conclude that the processshows promising characteristics, andthat it still needs to be refined for realapplication, even at a testing stage.To proceed, the following problemsneed to be solved:

1. Iron-dosing method. Additionof salts does not seem to be an ade-quate procedure for practical processimplementation. Options to be con-sidered imply the generation ofhydrous Fe(III) oxides by oxidativeprecipitation, conditions in which thephoto-Fenton process will be moreefficient for an eventual As oxidation.

2. Hydrous Fe(III) oxidesdecantation procedure. A good optionto solve this problem is based on theuse of a different iron-dosing method.

3. Simplified pre-evaluationmethods to determine the influencethat the water chemical matrix couldhave on efficiency.

4. Appropriate management


33

methods for the residual suspensionsof iron oxides with adsorbed arsenic,

to guarantee that there will not be anunfavorable environmental impact.

1 Wegelin M., Gechter D., Hug S., Mahmud A., Motaleb A., SORAS - a simple arsenic removal process.In: water, sanitation, hygiene: challenges of the millennium. 26th. WEDC conference, 2000, Dhaka: 379-382.2 Hug S., Wegelin M., Gechter D., Canonica L., EAWAG News, 49: 18-20, 2000. 3 García M. G., Estudio hidrogeoquímico de las aguas subterráneas y superficiales de la cuenca artesianadel SE de la Provincia de Tucumán. Tesis doctoral. Facultad de Ciencias Naturales e IML. UniversidadNacional de Tucumán. Inédito, 2002.4 Nicolli H. B.; Tineo A., García, J. W. Estudio hidrogeológico y de calidad del agua en al cuenca del RíoSalí, Provincia de Tucumán. INGEOQUI (instituto de geoquímica) Dirección General de Investigación yDesarrollo. Fuerza Aérea Argentina: 82-100, 2000.5 Warren C., Hydrogeology and Water Quality of Los Pereyras, Tucumán, Argentina. Unpublished MScThesis, University College London, 2001.6 Código Alimentario Argentino (CAA), Art.1 Res. MS y AS N°494. Ley 18284. Dec. Reglamentario 2126.Anexo I y II. Ed. Marzocchi, 1994.7 Relevamiento de comunidades rurales de América Latina para la aplicación de tecnologías económicaspara la potabilización de aguas, M. Litter (Ed.) Digital Grafic, La Plata, 2002.8 Warren C., Burgess W., García M. G., Arsenic and fluoride in Quaternary loess and alluvial aquifers atLos Pereyra, Tucumán, Argentina. Actas del XXXII Congreso Internacional de Hidrogeología. Mar delPlata, Argentina: 91 (2002). (Trabajo completo en formato digital).9 World Health Organization (WHO). Guidelines for drinking water quality. Revision of the 1984 guidelines.Final task group meeting, Geneva, 21-25 September 1992. WHO 1999: http://www.who.int/inf-fs/en/fact210.html) (1993).10 Creed J. T., Martin T. D., O´Dell J. W., Determination of trace elements by stabilized temperaturegraphite furnace atomic absorption. Environmental Monitoring Systems Laboratory Office of Reasearchand Development. USEPA, Cincinnati, Ohio, 1994.11 Parkhurst D. L., User´s guide to PHREEQC. A computer program for speciation, reaction path, advec-tive transport and inverse geochemical calculations. U.S. Geological Survey. Denver, Colorado, 1995.12 Dzombak D. A., Morel F. M. M., Surface complexation modeling. Hydrous ferric oxide. John Wiley &sons. New York. 1990, 393 pp. 13 Rau I., Gonzalo A., Valiente M., Arsenic (V) adsorption by immobilized iron mediation. Modelling of theadsorption process and influence of interfering anions. Reactive and functional polymers, 54 (1-3): 85-94,2003.14 Bose P.; Sharma, A., Role of iron in controlling speciation and mobilization of arsenic in subsurface envi-ronment. Water Research, 36 (19): 4916-4926, 2002.

References

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Capítulo 2

Héctor D. Mansilla*, Lorena Cornejo**, Frederick Lara*, Jorge Yáñez*, Cristian Lizama* y Leonardo Figueroa**

Remoción de Arsénico de Aguasdel Río Camarones, Arica, Chile

* Facultad de Ciencias Químicas, Universidad de Concepción, Chile** Departamento de Química, Facultad de Ciencias, Universidad de Tarapacá, Chile

ResumenEl capítulo describe la remoción de

arsénico en aguas sintéticas y natura-les de la Región de Camarones (Arica,norte de Chile), empleando la tecnolo-gía RAOS. Se utilizó la metodologíade Diseño Factorial con el propósitode optimizar la relación entre las canti-dades de arsénico, hierro y citrato, ne-cesaria para lograr la eficiencia máxi-ma de remoción. En el estudio se em-plearon soluciones preparadas tantocon As(III) como con As(V), irradiandocon una lámpara de 360 nm. Los aná-lisis de arsénico se realizaron median-te absorción atómica con generaciónde hidruros.

Los resultados indican que ambasformas de arsénico se pueden remo-ver de aguas sintéticas, diferenciándo-se entre ambas por la cinética de pre-cipitación, siendo más rápida la remo-ción de As(III) por esta vía. El empleode luz solar en los experimentos au-mentó la eficiencia en forma significa-tiva empleando la relación molar ópti-ma As/Fe/citrato de 1:19:5.

2.1. IntroducciónA través de la historia, la calidad

del agua para consumo humano hasido un indicador de calidad de vida yfactor determinante para el bienestarde la humanidad. Por ejemplo, lacontaminación biológica del agua pa-ra beber, principalmente en paísespobres, ha causado catástrofes quehan diezmado poblaciones enteras.Por otro lado, aguas contaminadasquímicamente, por la actividad hu-mana o por fuentes naturales, tam-bién han causado mucho sufrimientoa poblaciones que se ven forzadas abeberla o a usarlas en irrigación.

Entre los contaminantes químicosinorgánicos en aguas subterráneas ysuperficiales, se destaca la presenciadel arsénico, debido a que su origenpuede ser natural y a que es un co-nocido inductor de cáncer. Su pre-sencia es atribuida a causas natura-les, como la disolución de mineralesen aguas superficiales o subterrá-neas, o como consecuencia de activi-dades mineras. Se le asocia cultural-mente al concepto de veneno o sus-tancia tóxica a pesar de que muchosderivados de este elemento fueronprofusamente utilizados en medicinapara el tratamiento de enfermedades

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Remoción de Arsénico de Aguas del Río Camarones, Arica, Chile

infecciosas. Actualmente, éstos hansido reemplazados por antibióticos.

El arsénico como elemento puro,contrariamente a lo que se cree, noes tóxico, pero en su forma oxidada(As2O3) es un potente veneno. El en-venenamiento agudo por arsénicoresulta de la ingestión de más de100 mg del elemento por un indivi-duo mientras que el envenenamientocrónico ocurre por la ingestión de pe-queñas cantidades en un largo pe-ríodo de tiempo. En el ambiente, elarsénico puede ser convertido enmetil-derivados altamente tóxicos,en reacciones mediadas por bacte-rias(1).

Industrialmente, el arsénico ha si-do utilizado en la elaboración de tin-turas, en la agricultura y en aleacio-nes con metales pesados para usoen soldaduras. Hay ejemplos de em-pleo de arsenitos como herbicidas yconservantes de madera, y de arse-niatos en formulaciones de insectici-das y pigmentos. También se han uti-lizado derivados orgánicos de arsé-nico como gases de guerra.

Como ya se indicó, en varias par-tes del mundo las aguas subterrá-neas y superficiales utilizadas paraconsumo humano están contamina-das por arsénico. En algunos casos,esta situación se atribuye a causashumanas tales como la minería y aluso de plaguicidas y preservantes demadera. Sin embargo, en la mayoríade los casos, la contaminación porarsénico es de origen natural. El ar-sénico puede disolverse en aguadesde sedimentos a través de proce-sos bio-geoquímicos, contaminandonapas freáticas, ríos y lagos. El lími-te máximo aceptado para el conteni-

do de arsénico en agua de bebida esde 0,05 mg/L, pero, en base a estu-dios epidemiológicos, la Organiza-ción Mundial de la Salud (OMS) reco-mendó disminuir este máximo a sólo0,01 mg/L. Desde enero de 2001, es-te último valor es exigido como nor-ma tanto en la Unión Europea comoen Estados Unidos.

La situación más dramática decontaminación por arsénico en aguassubterráneas se encuentra en BanglaDesh. En este país asiático se alcan-zan concentraciones de 1 mg/L (100veces mayor que el valor máximoaceptable), y más del 50 % de la po-blación (de 130 millones de habitan-tes) vive bajo la amenaza del hidroar-senicismo. Esta tragedia, según elmundo científico, tiene como causanatural los altos niveles de arsénicoen las formaciones geológicas, quepor meteorización de estratos mine-rales de los Himalayas, desembocanen las aguas subterráneas con lasque se abastece la población ruraldel país.

La situación de América Latina nodeja de ser preocupante, ya que enMéxico, Chile y Argentina existen zo-nas en las cuales la concentración dearsénico presente en las aguas con-sumidas por la población supera va-rias veces la norma de la OMS. Así,en el caso de México, alrededor demedio millón de habitantes se en-cuentran expuestos a concentracio-nes arsenicales en agua de hasta 9,0mg/L, mientras que en Argentina unacantidad similar de personas consu-me aguas con concentraciones dehasta 1,0 mg/L. En el caso de Chile,si bien la cantidad de personas ex-puestas a altas dosis de arsénico es


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mucho menor (aproximadamente20.000), las concentraciones a lasque se hallan expuestos son altas(1,3 mg/L)(2). Históricamente, el hi-droarsenicismo es un fenómeno queha afectado a la población indígenachilena durante 4.500 años(3). Mien-tras que la presencia de arsénico enMéxico se debe principalmente a ac-tividades mineras, en Argentina yChile tienen su origen en fuentes na-turales. El hidroarsenicismo es unaenfermedad que puede reconocerseen su etapa crónica por una tríada demanifestaciones patológicas de lapiel: melanodermia, leucodermia y/oqueratosis palmoplantar. A escala ge-nética, el arsénico actúa de dos ma-neras: estimulando los genes que fa-cilitan la producción de tumores ma-

lignos o inhibiendo los genes queprotegen de la aparición de cáncer.Una manifestación temprana de acu-mulación de arsénico en el cuerpo esen el engrosamiento del endotelio, ocapa más interna de las arterias pe-queñas y medianas, lo que facilita sucolapso y cierre, aumentando el ries-go de infartos. Posteriormente afectaal corazón, los intestinos, la piel y elhígado, pudiendo incluso provocargangrena por efectos vasculares pe-riféricos, caracterizados por cianosisy pérdida progresiva de la circulaciónen las extremidades.

2.2. Proceso RAOSde eliminación de arsénicoEl arsénico es el elemento de nú-

mero atómico 33; su nombre provie-

Figura 1. Formación de anión superóxido por oxidación solar de citrato de hierro Figure 1. Formation of superoxide anion by solar oxidation of iron citrate

Figura 2. Esquema de oxidación dearsénico (III) a arsénico (V) mediante luzsolar

Figure 2. Outline of the oxidation ofarsenic (III) to arsenic (V) using solar light

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ne del griego y significa "pigmentoamarillo". En solución acuosa se leencuentra en forma aniónica comoarsenito (As(III)) o arseniato (As(V))a los pH normales en aguas natura-les. Los arsenitos y arseniatos pre-sentan una dependencia del pH dife-rente. Los arsenitos son muy bási-cos, por lo que en aguas naturales seles encuentra preferentemente enforma neutra en baja concentración[As(OH)3]. Por otro lado, los arsenia-tos son ácidos débiles y se presentancomo aniones a un pH acuático nor-mal (H2AsO4-, HAsO4

-2).Dada la gravedad del problema,

en Bangla Desh se ha implementadoun programa de remoción de arséni-co llamado Solar Oxidation Removalof Arsenic (SORAS) basado en la oxi-dación y precipitación de arsénicoasistida por luz. En este proceso, lasaguas contaminadas se colocan enel interior de botellas plásticas, seadiciona jugo de limón y se dejan enreposo con iluminación solar. Dadoque el arsénico puede encontrarseen dos estados de oxidación, el mé-todo busca la conversión de As(III) aAs(V) por acción de especies oxidan-tes formadas por irradiación solar delcitrato de Fe(III) (proveniente del ju-go de limón) en presencia de oxíge-no, como se observa en el mecanis-mo mostrado en la Figura 1(2). Juntocon la formación del radical anión su-peróxido (O2

.-), se generan tambiénperóxido de hidrógeno, radical hidro-xilo y otros agentes activos de oxíge-no, que inducen la oxidación de arsé-nico del estado de oxidación III al V,como se muestra en la Figura 2. Si-multáneamente con la oxidación delAs(III), se forman óxidos hidratados

de Fe(III) que precipitan al pH deaguas naturales. El As(V) se adsorbefuertemente sobre el precipitado dehidróxido de hierro y flocula, siendoluego fácilmente eliminado de la so-lución.

Una vez que ha transcurrido eltiempo suficiente para precipitar elmáximo de arsénico adsorbido en elóxido de hierro hidratado, se procedea filtrar el agua tratada, quedando és-ta apta para su consumo.

En nuestros trabajos hemos adap-tado el método SORAS, desarrolladopreviamente por el grupo suizo delEAWAG(2), que denominaremosRAOS, Remoción de Arsénico porOxidación Solar, en español. El pro-cedimiento que se debe seguir paraaplicar el procedimiento RAOS esmuy sencillo y consta de 6 etapas,que se indican a continuación:

1. Llene 4/5 partes de una botellade plástico con el agua contaminadacon arsénico.

2. Agregue aproximadamente 6gotas de jugo de limón fresco por ca-da litro de agua.

3. Agite vigorosamente la botellapor aproximadamente 30 segundos.

4. Coloque la botella de plásticoen posición horizontal expuesta a laluz solar.

5. Después de varias horas de ex-posición al sol, vuelva a colocar labotella en posición vertical y deje enreposo por una noche para permitirque los sólidos formados se deposi-ten en fondo de la botella.

6. Al día siguiente, separe cuida-dosamente el residuo sólido delagua, o fíltrela a través de un trozode género fino.

Luego del simple procedimiento


39

descrito, el agua queda en condicio-nes adecuadas para ser consumida.

2.3. Aplicación del procesoRAOS en ChileEn el año 2002 se inició el estudio

de aplicabilidad del proceso RAOSen forma simultánea en Argentina,Chile y Perú considerando las zonasde relevamiento escogidas en un es-tudio anterior(4). El presente capítulose refiere al caso de Chile y contienelos resultados obtenidos tanto en en-sayos de laboratorio como en estu-dios de campo.

Debido a que la mayor incidenciadel problema del arsénico se encuen-tra en zonas rurales en el interior dela Primera Región de Chile, se esco-gió esta zona como lugar de estudioy aplicación de los resultados obteni-dos a escala de laboratorio. La zonaelegida se encuentra en la Provinciade Arica, en el Río Camarones. Enlas Figuras 3 y 4 se presenta la loca-lización de la zona de estudio.

La información recopilada, los es-tudios de terreno y los resultados ex-perimentales fueron obtenidos porequipos de trabajo de la Universidadde Tarapacá y de la Universidad deConcepción. Para la elección de laszonas de estudio se contemplaronlas siguientes consideraciones:

1. Existencia de poblados disper-sos en una comuna rural de la pro-vincia de Arica, no conectados a lared de agua potable, con actividadagrícola y ganadera.

2. Condiciones socioeconómicasdesfavorables y acentuadas por unimportante grado de aislamiento res-pecto de la comuna urbana de la pro-vincia.

3. Disponibilidad de agua de ríopara consumo, con niveles elevadosde arsénico que han permitido laexistencia de hidroarsenicismo cróni-co desde épocas tempranas.

4. Inexistencia de aplicación deacciones correctivas al problema dehidroarsenicismo.

5. Disponibilidad de niveles eleva-dos de radiación solar en una zonaárida.

6. Acceso limitado a los pobladosrurales vía terrestre, por camino as-faltado y de tierra.

7. Disponibilidad de infraestructu-ra tecnológica y científica del Depar-tamento de Química de la Universi-dad de Tarapacá, apropiada para unabuena inserción del Proyecto.

8. Apoyo de las autoridades comu-nales para la gestión del proyecto.

9. Existencia de cultivos de cítri-cos, como el limón y otros.

2.4. Resultados y discusiónLos ensayos preliminares de labo-

ratorio para la remoción de arsénicose realizaron en un cristalizador defondo plano siguiendo las condicio-nes previamente reportadas por Hugy colaboradores(2). En todos los expe-rimentos se utilizaron 500 mL de so-lución con una concentración inicialde 0,5 ppm de As(III). Estas solucio-nes se prepararon por dilución deuna solución madre de 1000 ppm deAs en forma de NaAsO2. Los experi-mentos se efectuaron a temperaturaambiente (18 ± 1 ºC). La solución semantuvo con agitación magnéticaconstante y con burbujeo de aire du-rante 10 minutos, y luego se adicio-naron simultáneamente FeSO4 y ci-trato de sodio para obtener concen-

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traciones finales de 89,5 µM y 50 µM,respectivamente, manteniendo laagitación y el burbujeo constanteshasta el final del experimento. Lareacción se realizó bajo iluminacióncon una lámpara de luz negra de 160W (λ = 360 nm). Durante la reacciónse tomaron cada vez 10 mL de mues-tra desde el reactor a los tiempos de10, 60, 120, 180 y 240 min. Luego,cada alícuota fue filtrada por filtrosde membrana de celulosa de 0,45µm y el filtrado se dejó en reposo por12 horas. Posteriormente, el arsénicofue analizado en el líquido sobrena-dante utilizando absorción atómica

(Perkin Elmer, AAnalyst 100), equipa-do con análisis de inyección de flujo,utilizando la técnica de generaciónde hidruros (Perkin Elmer, FIAS 100).

Los resultados del experimento semuestran en la Figura 5, donde seobserva que el arsénico puede serremovido aún sin iluminación, aun-que con una eficiencia baja. Despuésde aproximadamente 30 minutos deiluminación, se remueve alrededorde 70 % del arsénico inicial, mientrasque sin iluminación sólo se obtieneun 45 % de remoción.

Con el propósito de determinarcondiciones óptimas para la remo-

Figura 3. Ubicación de la Comuna deCamarones al sur de la Provincia de Arica

Figure 3. Location of Camarones Countyin the southern part of the Province ofArica

Figura 4. Localidades de laComuna de Camarones

Figure 4. Localities in theCounty of Camarones


41

ción de arsénico, es decir, la relaciónóptima de Fe(II) y citrato, para unacantidad de arsénico fija, se realizóun diseño experimental basado en lametodología de superficie de res-puesta(5). Para determinar la influen-cia de las variables indicadas en laeficiencia de remoción de arsénico,además de las interacciones entrelas variables, se utilizó el método es-tadístico de análisis multivariado. Seestudiaron simultáneamente el efectode la concentración de Fe (II), varia-da entre 18 y 190 µM, y de la concen-tración de citrato, variada entre 10 y50 µM, para una cantidad fija de aAs(III). Se realizaron 11 experimen-tos en los cuales se midió, como fac-tor de respuesta, la remoción de ar-sénico luego de 240 minutos de reac-

ción bajo iluminación con una lámpa-ra de 160 W (360 nm). La resoluciónde la matriz generada por los 11 ex-perimentos, utilizando el softwareFATORIAL(6), dio como respuesta unarelación molar óptima entre arsénico,hierro y citrato de 1:19:5. En todoslos experimentos, se corrigió el efec-to de la evaporación de agua, debidoal calor generado por la lámpara. Pa-ra ello, se realizó un experimento mi-diendo la evaporación de agua en eltiempo, tal como se muestra en la Fi-gura 6.

Una vez establecida la relaciónóptima entre As(III), Fe(II) y citrato desodio, se realizaron experimentoscomparativos. La Figura 7 muestralos ensayos realizados con y sin ilu-minación. Se observa claramente

Figura 5. Remoción de arséni-co (III) 0,5 ppm en presenciade 90 µM de Fe (II) y 50 µMde citrato de sodio, con (●) ysin (■) iluminación

Figure 5. Removal of Arsenic(III) 0.5 ppm in presence of 90µM Fe (II) and 50 µM sodiumcitrate, with (●) and without(■) illumination.

Figura 6. Pérdida de agua porevaporación durante losexperimentos de remoción dearsénico asistida por luz

Figure 6. Water loss due toevaporation during the arsenicremoval experiments usinglight

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que la remoción es promovida rápi-damente cuando se emplean las con-diciones óptimas, lográndose eficien-cias cercanas al 80 % en 30 minutosde exposición, y alcanzando valoresde 95 % de remoción a tiempos ma-yores (> 200 min.). Es decir, si serealiza el experimento con aguas quecontienen 0,5 ppm de arsénico (50veces por encima de la norma), des-pués de 6 horas de exposición a laluz se logra precipitar 0,475 ppm,quedando sólo 0,025 ppm de arséni-co disuelto en agua (sólo 2,5 vecespor encima de la norma). Como eltiempo no es una limitación del pro-cedimiento, podría esperarse quetiempos mayores de exposición me-joraran los resultados. Sin duda, queuna de las limitaciones es el bajocontenido de hierro que podría existiren las aguas naturales, lo que signifi-ca que sería necesaria la adición dehierro externo, junto con el citratoproveniente de una fruta cítrica.

Otro aspecto que debe ser tomadoen consideración es que a los pH delas aguas naturales de nuestras re-giones, el arsénico se encuentra ensu mayor parte como arseniato, es

decir, en su estado de oxidación (V).Por lo tanto, se repitieron los experi-mentos en las condiciones optimiza-das pero utilizando arsénico (V) ycomparándolo con la remoción de ar-sénico (III). En la Figura 8 se observaclaramente que hay una importantediferencia en la cinética de la remo-ción, pero después de 6 horas de ilu-minación se logran los mismos resul-tados que con el As(III). Este es unresultado importante ya que lasaguas naturales del Norte de Chile seencuentran a pH alrededor de 7,5(3), yse puede concluir que el métodoRAOS puede ser aplicado en las con-diciones de pH naturales.

De la misma forma en que se es-pera que el arsénico se encuentrecomo As(V) en aguas naturales, a lospH esperados el hierro debe estarcomo Fe(III). Por otro lado, el conte-nido de oxígeno disuelto debe afectarla cinética o la extensión de la reac-ción. Estos aspectos fueron investi-gados en diferentes experimentos,tal como se muestra en la Figura 9.Como se puede observar, la ausen-cia de oxígeno inhibe casi completa-mente la precipitación de arsénico.

Figura 7. Condiciones óptimas parala remoción de arsénico: 30 µM decitrato, 125 µM de Fe(II), sin (▲) ycon iluminación (◆).En condiciones no óptimas (ver figu-ra 3): 50 µM de citrato, 90 µM de Fe(II), sin (■) y con iluminación (●)

Figure 7. Arsenic removal underoptimal conditions: 30 µM citrate,125 µM Fe (II), with (▲) andwithout illumination (◆). Under non-optimal conditions (See Figure 3):50 µM citrate, 90 µM Fe (II), with(■) and without illumination (●).


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Por otro lado, en ausencia de luz, selogra una remoción de As ligeramen-te superior al 50% del valor inicial, re-sultado similar al caso en que se uti-liza Fe(III). Cinéticamente, las condi-ciones ideales para una óptima elimi-nación del As se logran cuando el ar-sénico se encuentra como arsenito yel hierro como Fe(II), en presencia deoxígeno e iluminación. Sin embargo,se debe considerar que el contenidonatural de hierro en las aguas natura-les difícilmente tendrá los niveles re-queridos para alcanzar la relaciónóptima. Tomando en consideraciónque la relación óptima As/Fe es de1:19, y debido a que muchas aguasnaturales chilenas contienen sólo tra-zas de hierro, será necesario adicio-

nar Fe(II) como alguna de sus sales(FeSO4), junto con el citrato, para lo-grar la máxima remoción. El agua de-be ser mantenida bajo iluminacióndurante por lo menos 6 horas, deacuerdo a los resultados de laborato-rio con la lámpara de 360 nm (160W).

Finalmente, y con el propósito deevaluar las condiciones óptimas ob-tenidas en laboratorio en aguas rea-les, se procedió a realizar un experi-mento utilizando una muestra delagua del Río Camarones (Arica) bajoiluminación solar. Al agua se le adi-cionó Fe(II) y citrato en forma de jugode limón. El contenido total de arsé-nico en la muestra utilizada, determi-nado por absorción atómica, fue de

Figura 8. Remoción dearsénico (50 ppm) encondiciones óptimas (30µM citrato, 125 µM Fe),con iluminación: (●) As (V);(■) As (III)

Figure 8. Arsenic removal(50 ppm) in optimal condi-tions (30 µM citrate, 125 µMFe), with illumination: (●) As(V); (■) As (III).

Figura 9. Remoción dearsénico en diferentescondicionesexperimentales

Figure 9. Arsenicremoval under differentexperimental conditions

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1,07 ppm. Por otro lado, se sabe queel contenido de ácido cítrico en el ju-go de limón varía entre 6,2 y 8,6 %;por lo tanto, es necesario agregaraproximadamente 0,1 mL (ó 6 gotas)de jugo por cada litro de agua. Parael ensayo, se llenó una botella deplástico transparente con 200 ml conla muestra de agua del Río Camaro-nes, y se le agregó un pequeño volu-men de solución de Fe(II) utilizandola tapa de la botella como unidad demedida (aproximadamente 3 mL) ylas gotas de jugo limón necesariaspara obtener la relación molar 1:19:5para As/Fe/citrato. Luego, la botellase expuso a la radiación solar delmediodía, hasta completar 6 horas.Se tomaron alícuotas de muestra pa-ra determinar la cantidad de arséni-co removido. En la Figura 10 se ob-serva que en las condiciones experi-mentales establecidas en el curso deeste estudio, la remoción de arséni-co es prácticamente total despuésde 1 hora de iluminación solar, mejo-rando ostensiblemente los resulta-dos de laboratorio. Una explicaciónpara este hecho es que la potencia

de la irradiación solar fue 10 vecesmayor que la entregada por la lám-para utilizada en los ensayos de la-boratorio.

2.5. ConclusionesDe acuerdo con los resultados ob-

tenidos, tanto en estudios de labora-torio, con aguas contaminadas enforma artificial con arsénico, comoen trabajo en terreno con aguas na-turales contaminadas con arsénico,se pueden resumir algunas conclu-siones:

1. El arsénico puede ser eficiente-mente removido empleando la tecno-logía RAOS.

2. La relación adecuada para unamáxima precipitación de As es de1:19:5 para As/Fe/citrato.

3. La deficiencia de Fe en lasaguas naturales debe ser suplida poradición externa.

4. El As(III) es más rápidamenteremovido que el As(V), pero despuésde 6 horas de insolación, las tasasde remoción se igualan.

5. La adición de jugo de limón esesencial para la remoción de As.

Figura 10. Remoción dearsénico irradiada enterreno con luz solar: (■)agua de Camarones, (●)muestra sintética

Figure 10. Arsenicremoval in samplesirradiated in the field withsolar light: (■) water fromthe Camarones River,(●) synthetic sample


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1 Manahan S. E., Environmental Chemistry, 4th ed., Lewis Publishers, 1990, Ch. 7.2 Hug S., Wegelin M., Gechter D., Canonica L., EAWAG News, 49, 18-20, 2000.3 Figueroa Tagle L., Arica inserta en una región arsenical. El arsénico en el ambiente que la afecta y 45siglos de arsenicismo crónico, Ed. Universidad de Tarapacá, Chile, 2001.4 Relevamiento de comunidades rurales de América Latina para la aplicación de tecnologías económicaspara la potabilización de aguas, M. Litter (Ed. Digital Grafic), La Plata, noviembre de 2002.5 Box G. E. P., Hunter W. G., Hunter J. S., Statistics for experiments. An introduction to design data analy-sis and model building, Wiley, New York, 1978.6 De Barros Neto B., Scarminio, I. S., Bruns R. E.: Planejamento e otimização de experimentos, SegundaEdição, Unicamp, 1996.

Referencias

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AbstractThis chapter describes arsenic

removal from synthetic and naturalwaters from the Camarones Region(Arica, North of Chile), using theRAOS technology. The FactorialDesign methodology was used inorder to optimize the As/Fe/citrateratio necessary to reach the maximalremoval efficiency. In the study, solu-tions prepared with both As(III) andAs(V) were employed, irradiating witha 360-nm lamp. As analyses wereperformed by atomic absorption withhydride generation.

The results indicate that botharsenic forms can be removed fromsynthetic waters, but that a differentprecipitation kinetics occurs, beingmore rapid the As(III) removal. Theuse of solar light in the experimentsincreased significantly the efficiencyusing the optimal As/Fe/citrate molarratio of 1:19:5.

2.1. IntroductionThroughout the history, the quality

of water for human consumption hasbeen a quality of life indicator and adetermining factor in the welfare of

mankind. For example, biologicalcontamination of drinking water, prin-cipally in poor countries, has causedcatastrophes that have destroyedentire populations. On the otherhand, chemically contaminatedwaters, due to human activity or nat-ural sources, have also causedimportant suffering to populationsthat are forced to drink it or to irrigatewith it.

Among the inorganic chemicalcontaminants in surface and ground-waters, arsenic is one of the mostimportant because it can be originat-ed in natural sources and is known toinduce cancer. Its presence is attrib-uted to natural causes, such as dis-solved minerals in surface or ground-waters, or as a consequence of min-ing activities. It is culturally associat-ed to the concept of poison or toxicsubstance, even though many of itsderivatives were profusely used inmedicine for the treatment of infec-tious diseases. Presently, they havebeen replaced by antibiotics in med-ical treatment.

Pure elemental arsenic, contrarilyto the popular opinion, is not toxic.

Chapter 2

Héctor D. Mansilla*, Lorena Cornejo**, Frederick Lara*,Jorge Yáñez*, Cristian Lizama* and Leonardo Figueroa**

Arsenical Removal from Water fromthe Camarones River, Arica, Chile

* Faculty of Chemical Sciences, Universidad de Concepción, Chile** Faculty of Sciences, Universidad de Tarapacá, Chile

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However, in its oxidized form (As2O3),arsenic is potent venom. Acutearsenic poisoning results from theingestion of 100 mg or more, whilechronic poisoning occurs when smallquantities of arsenic are ingestedover a long period. In the environ-ment, arsenic can be converted inhighly toxic methyl-derivatives in bac-teria-mediated reactions(1).

Industrially, arsenic has been usedin paint production, agriculture andalloys with heavy metal for soldering.There are examples of use of arsen-ites as herbicides and wood preserv-atives, and of arsenates in insecti-cides and pigment formulation.Organic arsenic derivatives havebeen used as war gases.

As indicated earlier, surface andgroundwaters used for human con-sumption in many parts of the worldare polluted by arsenic. In somecases, this situation is due to humanactions such as mining, and use ofinsecticides, herbicides and woodpreservers. However, in the majorityof the cases, arsenic contaminationis due to natural causes. Arsenic canbe dissolved from sediments throughbio-geochemical processes, whichthen contaminate phreatic layers,rivers and lakes. The maximumaccepted level of arsenic in drinkingwater is 0.05 mg/L, but based on epi-demiological studies, the WorldHealth Organization (WHO) recom-mended that this level should be low-ered to only 0.01 mg/L. SinceJanuary 2002, this lower level is therequired norm in the European Unionas well as in the United States.

The country of Bangladesh pres-ents the most dramatic situation of

arsenic contamination of subter-ranean waters with concentrations of1 mg/L (100 times higher than themaximum accepted level) and wheremore than 50 % of the 130 millioninhabitants live with the threat ofhydroarsenicism. This tragedy,according to the scientific world, hasa natural cause: the high arsenic lev-els present in Bangladesh geologicalformations that, due to the atmos-pheric modifications of the mineralveins of the Himalayas, have contam-inated the groundwaters used by therural population.

The Latin American situation is notless worrying: it also possessesimportant sources of contamination.There are areas in Mexico, Chile andArgentina where the arsenic concen-tration in drinking water is severaltimes higher than the WHO norm. InMexico, nearly a half-a-million habi-tants are exposed to arsenic concen-trations of up to 9.0 mg/L, while inArgentina a similar number of peopledrink water with concentrations of upto 1.0 mg/L. In the case of Chile,even though the number of personsexposed to high doses of arsenic ismuch smaller (approximately20,000), the concentration of arsenicis much higher (1.3 mg/L)(2).Historically, hydro-arsenicism is aphenomenon that has affected theChilean indigenous population forover 4,500 years(3). While the pres-ence of arsenic in Mexico is principal-ly due to mining activities, inArgentina and Chile it is due to natu-ral sources. Hydro-arsenicism is anillness that can be recognized in itschronic stage for a triad of pathologi-cal skin manifestations: melanoder-


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mia, leucodermia and/or hand-footkeratosis. On the genetic scale,arsenic acts in two ways: stimulatingthe genes that facilitate malign tumorproduction or through the inhibition ofgenes that help to prevent theappearance of cancer. An early signof arsenic accumulation in the body isthe thickening of the endothelium, themost internal layer of the small andmedium arteries, which contributes totheir collapse and closure, increasingthe risk of vascular accidents. Later,it will affect the heart, the intestines,the skin and the liver. It could evenprovoke gangrene due to peripheralvascular effects, characterized bycyanosis and progressive circulationloss in the extremities.

2.2. The RAOS Processfor Arsenic Elimination Arsenic is the 33 atomic number

element. Its name comes from theGreek word for "yellow pigment". Theliquid solution is found in anionic formas arsenite (As(III)) or arsenate (As(V)), with normal pH in natural water.Arsenites and arsenates present adifferent pH dependence. Arsenitesare very basic and, consequently,they are generally found in a neutralform and a low concentration[As(OH)3]. On the other hand, thearsenates are weak acids and aregenerally anions in normal water pH(H2AsO4-, HAsO4

-2). Given the seriousness of the prob-

lem, a program for arsenic removalcalled Solar Oxidation Removal ofArsenic (SORAS), based on the oxi-dation and precipitation of arsenicassisted by sunlight, have beenimplemented in Bangladesh. In this

process, the contaminated water isplaced inside plastic bottles, lemonjuice is added and then left undersolar illumination. As arsenic can befound in two oxidation states, theobjective of this method is the con-version of As(III) to As(V) via oxidiz-ing species, formed by solar irradia-tion of Fe(III)-citrate in the presenceof oxygen, as observed in the mech-anism shown in Figure 1(2). Togetherwith the formation of the superoxideradical anion (O2

.-), hydrogen perox-ide, hydroxyl radical and other oxy-gen active agents are also generat-ed, which induce the oxidation ofarsenic from the III to the V oxidationstate, as shown in Figure 2.Simultaneously with arsenic oxida-tion, hydrated oxides of Fe(III) arealso formed and precipitate at the pHof natural water. As(V) is stronglyadsorbed onto the iron hydroxide pre-cipitate and flocculates, which per-mits its easy elimination from thesolution. Once the maximum quantityof adsorbed arsenic has precipitateon the hydrated iron oxide surface,the treated water is filtered, beingready for human consumption.

In our work, we have adapted theSORAS method, developed previ-ously by the Swiss group ofEAWAG(2), and we have called itRAOS. The RAOS procedure is verysimple and consists in 6 steps, whichare the following:

1. Fill the plastic bottle witharsenic-contaminated water to 4/5 ofits capacity.

2. Add approximately 6 drops offresh lemon juice for each liter ofwater.

3. Shake the bottle vigorously for

50


approximately 30 seconds. 4. Place the plastic bottle in a hor-

izontal position and expose it to solarlight.

5. After several hours of solarexposure, place the bottle in a verti-cal position and leave it for one nightso that the formed solids precipitatein the bottom.

6. The next day, carefully separatethe solid residue from the water, or fil-ter it through fine cloth.

Once the simple procedure iscomplete, the water is ready forhuman consumption.

2.3. The Application of theRAOS process in Chile

In 2002, an applicability study ofthe SORAS process was begunsimultaneously in Argentina, Chileand Peru considering the zones cho-sen in a prior study(4). The presentchapter refers to the Chilean caseand contains the results obtained inlaboratory tests as well as in fieldstudies.

Due to the fact that the arsenicproblem is principally found in ruralareas of the First Region of Chile,this area was chosen for study andapplication of laboratory results. Thechosen area is in the Arica Province,in the Camarones River. Figures 3and 4 indicate the area location.

Research teams from theUniversities of Tarapacá andConcepción collected information,carried out field studies and per-formed the experiments. To select thestudy areas, the following considera-tions were taken into account:

1. Existence of a disperse popula-tion in a rural county in the provinceof Arica.

2. Unfavorable socio-economicconditions, which are accentuated byan important grade of isolation fromthe urban county of the province.

3. Availability of river water forhuman consumption, with elevatedarsenic levels resulting in chronichydroarsenicism since earlier times.

4. Lack of corrective actions forthe hydroarsenicism problem.

5. Availability of elevated levels ofsolar radiation in an arid zone.

6. Limited access to the rural pop-ulations by an asphalted or dirt road.

7. Availability of technological andscientific infrastructure from theChemistry Department of theUniversity of Tarapacá, appropriatefor a good insertion of the project.

8. Support of the County authori-ties for the project.

9. Existence of plantations of cit-rics, such as lemon and others.

2.4. Results and discussionThe preliminary laboratory tests

for arsenic removal were performedin a flat crystallizing dish under theconditions previously reported byHug and collaborators(2). In all theexperiments, a 500 mL solution withan initial concentration of 0.5 ppm ofarsenic (III) was used. These solu-tions were prepared by dilution froma mother solution of As in the form ofNaAsO2. The experiments were per-formed at room temperature (18 ± 1ºC). The solution was maintainedunder constant magnetic agitationand air bubbling for 10 minutes.Then, FeSO4 and sodium citrate weresimultaneously added to obtain thefinal concentrations of 89.5 µM and50 µM, respectively, maintaining the


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agitation and bubbling until the end ofthe experiment. The reaction wasperformed under illumination with a160 W black light (λ = 360 nm).During the reaction, a sample of 10mL was taken from the reactor at 10,60, 120, 180 and 240 min. Then,each portion was filtered by a 0.40-µm cellulose membrane, and the fil-tered material was left to rest for 12hours. Later, arsenic was analyzed inthe liquid phase using atomic absorp-tion (Perkin Elmer, AAnalyst 100),equipped with flow-injection analysis,utilizing the hydrogenation technique(Perkin Elmer, FIAS 100).

The results of the experiment arepresented in Figure 5, where it isshown that arsenic can be removedeven without illumination, although ata low rate. After approximately 30minutes of illumination, nearly 70 %of the initial arsenic is removed, whilewithout illumination there is only a45% removal rate.

To determine the optimal condi-tions for arsenic removal, i.e., theoptimal ratio Fe(II) to citrate at a fixedarsenic concentration, an experimen-tal design was performed based onthe surface response methodology(5). In order to determine the influ-ence of the indicated variables in theefficiency of arsenic removal, togeth-er with the interaction between thevariables, the statistical method ofmultivariate analysis was used. Westudied simultaneously the effect ofFe (II) concentration, varied between18 and 190 µM, and the effect of cit-rate concentration, varied between10 and 50µM, for a fixed quantity ofAs(III). Eleven experiments were per-formed, in which, as the response

factor, arsenic removal after 240 min-utes of reaction under illuminationwith a 160 W lamp (360 nm) wasmeasured. The resolution of the gen-erated matrix for the 11 experiments,using the FATORIAL software(6), yield-ed an optimal molar ratio of arsenic,iron and citrate of 1:19:5. In all theexperiments, a correction for waterevaporation, produced by the heatgenerated by the lamp was made.For this, an experiment measuringwater evaporation with time, was per-formed, shown in Figure 6.

Once the optimal ratio betweenAs(III), Fe(II) and sodium citrate wasestablished, comparative experi-ments were performed. Figure 7presents the tests with and withoutillumination. It can be clearly seenthat the removal is rapid under theoptimal conditions, achieving efficien-cies near to 80 % in 30 minutes ofexposure, and reaching removal val-ues of 95 % in longer periods (> 200min). In other words, if the sameexperiment is performed with a sam-ple containing 0.5 ppm of arsenic (50times more than the norm), after 6hours of light exposure, 0.475 ppmcan be precipitated, leaving only0.025 ppm of arsenic dissolved inwater (only 2.5 times more than thenorm). Since time is not a limiting fac-tor, longer exposure times couldimprove the results. Without anydoubt, one of the limiting factorswould be the low iron content presentin natural waters, which means that itwould be necessary to add iron exter-nally, together with citrate from a cit-ric fruit.

Another aspect that needs to beconsidered is that, at the pH of natu-

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ral waters, it is very probable thatarsenic be present in the arseniteform ((V) oxidation state).Consequently, we repeated theexperiments under the optimal condi-tions using As(V) and comparing theresults with those of the As(III)removal. Figure 8 shows clearly thatthere is an important difference in theremoval kinetics, but after 6 hours ofillumination, the same results asthose of As(III) were achieved. This isan important result considering thatthe natural waters of northern Chilehave a pH near to 7.5(3), and it can beconcluded that the SORAS methodcan be applied in the condition of nat-ural pHs.

Similarly, as arsenic is found asAs(V) in natural waters at the expect-ed pHs, iron should be found asFe(III). Additionally, dissolved oxygencontent should also affect the kineticsor the extent of the reaction. Theseaspects were investigated in a seriesof experiments as shown in Figure 9.As can be seen, the absence of oxy-gen almost completely inhibits theprecipitation of arsenic (line 1). Onthe other hand, without light, thearsenic removal was somewhat high-er than 50 % of the initial value (line2), a result similar to the case inwhich Fe(III) was used (line 3).Kinetically, the ideal conditions for anoptimal arsenic elimination areachieved when arsenic is found asarsenite and iron as Fe(II) (line 5), inthe presence of oxygen and underillumination. However, we shouldconsider unlikely that the natural ironcontent in natural waters be at thelevels required by the optimal ratio.Taking into consideration that the

optimal ratio As/Fe is 1:19, and consid-ering that most of the natural waters inChile only contain traces of iron, it will benecessary to add Fe(II) as one of itssalts (FeSO4), together with citrate, toobtain the maximum removal (line 4).The water needs to be exposed to illu-mination for at least 6 hours, accordingto the laboratory results with a 360 nm(160 W) lamp.

Finally, to evaluate real waters underthe optimal conditions obtained in thelaboratory, we performed an experimentusing a sample from the CamaronesRiver (Arica) under solar illumination. Fe(II) and citrate in the form of lemon juicewere added to the water. The totalarsenic content in the sample, deter-mined by atomic absorption, was 1.07ppm. Taking into account that the con-tent of citric acid in the lemon juicevaries between 6.2 % and 8.6 %, itwould be necessary to add approxi-mately 0.1 mL (6 drops) of juice for eachliter of water. For the test, a transparentplastic bottle was filled with 200 mL ofthe natural water sample, and a smallamount of Fe (II) solution was addedusing the bottle cap as the measure(approximately 3 mL) and the necessarynumber of drops of lemon juice to obtainthe 1:19:5 molar ratio for As/Fe/citrate.The bottle was then exposed to solarradiation at midday for 6 hours. Sampleswere taken to determine the quantity ofarsenic removed. In Figure 10, it can beseen that under the established experi-mental conditions, arsenic removal ispractically complete after 1 hour of solarillumination, improving ostensibly thelaboratory results. Although solar irradi-ation power was not exactly measuredone explanation is that it is arround 10times higher than the illumination pro-


53

vided by the lamp used in the labora-tory tests.

2.5. ConclusionsAccording to the results obtained in

the laboratory studies with artificiallycontaminated water as well as thosefrom the fieldwork with naturally con-taminated water, we can conclude thefollowing:

1. Arsenic can be efficiently removedemploying the RAOS technology.

2. The adequate ratio for the maxi-mum arsenic precipitation is 1:19:5 forAs/Fe/citrate.

3. The iron deficiency in the naturalwaters should be supplemented by anexternal addition.

4. As(III) is more rapidly removedthan As(V), but after 6 hours of solarirradiation, the removal rates are simi-lar.

5. The addition of lemon juice isessential for arsenic removal.

1 Manahan S. E., Environmental Chemistry, 4th ed., Lewis Publishers, 1990, Ch. 7.2 Hug S., Wegelin M., Gechter D., Canonica L., EAWAG News, 49, 18-20, 2000.3 Figueroa Tagle L., Arica inserta en una región arsenical. El arsénico en el ambiente que la afecta y 45siglos de arsenicismo crónico, Ed. Universidad de Tarapacá, Chile, 2001.4 Relevamiento de comunidades rurales de América Latina para la aplicación de tecnologías económicaspara la potabilización de aguas, M. Litter (Ed. Digital Graphics) La Plata, noviembre de 2002.5 Box G. E. P., Hunter W. G., Hunter J. S., Statistics for experiments. An introduction to design data analy-sis and model building, Wiley, New York, 1978.6 De Barros Neto B., Scarminio, I. S., Bruns R. E.: Planejamento e otimização de experimentos, SegundaEdição, Unicamp, 1996.

References

55

ResumenEl Perú es un país con extensas

zonas rurales donde los pobladorescarecen de agua potable y utilizanpara el consumo agua sin ningúncontrol. El arsénico en aguas es tóxi-co y acumulativo, trayendo consigoconsecuencias severas para el serhumano. Esto se torna particular-mente grave en estas zonas, dondeel abastecimiento de agua es provis-to por fuentes puntuales cuyo análi-sis sistemático está fuera del alcan-ce de los organismos controladores.

En el presente trabajo, se imple-mentó la tecnología de remoción dearsénico bajo irradiación solar(RAOS) comparando los resultadoscon los obtenidos bajo irradiacióncon luz ultravioleta (UV) de una lám-para. Para concentraciones de arsé-nico de hasta 500 ppb y una relaciónFe2+/citrato de 1,8:1, el arsénico pu-do ser removido hasta en un 95 %después de 4 horas de irradiaciónsolar o UV de ∼ 7,5 mW/cm2. Los re-sultados muestran que el métodoaquí propuesto podría ser aplicado

fácilmente en zonas rurales debido asu simplicidad operativa y económica.

3.1. IntroducciónEl deterioro de la calidad del agua

es uno de los problemas más gravesdel Perú, lo cual es un impedimentopara lograr el uso eficiente del recur-so, comprometiendo el abasteci-miento en calidad y cantidad. Lascausas principales que originan es-tos problemas son la contaminaciónindustrial, la falta de tratamiento delas aguas servidas y el uso indiscri-minado de agroquímicos. La conta-minación industrial más significativaes la que proviene de la minería,pesquería y sector de hidrocarburos,que alteran y afectan el medio am-biente, en especial las aguas.

Dado que el Perú es un país mi-nero por excelencia, la contamina-ción minera representa un rubro im-portante debido a sus característicasgeológicas. Esta industria se carac-teriza por desarrollarse, generalmen-te, en zonas rurales y desoladas, al-terando el medio ambiente de las co-

Capítulo 3

Clido Jorge*, Jessica Nieto*, Silvia Ponce*,Juan Rodríguez*,**, José Solís*,** y Walter Estrada*,**

Remoción de Arsénico del AguaMediante Irradiación Solar

en Lima, Perú

* Facultad de Ciencias, Universidad Nacional de Ingeniería, Casilla Postal 31-139, Av. Tupac Ama-ru 210, Lima, Perú** Instituto Peruano de Energía Nuclear, Av. Canadá 1470, Lima, Perú

56

Remoción de Arsénico del Agua Mediante Irradiación Solar en Lima, Perú

munidades locales en forma negati-va y produciendo riesgos a la sa-lud(1). La contaminación se origina enlos vertidos de desechos o relavesmineros, portadores de contaminan-tes tóxicos (Pb, Cd, Hg, Cu, As yotros). La Dirección General deAguas y Suelos del Ministerio deAgricultura reportó en 1992 que lasaguas de los ríos Moche, Cañete,Pisco, Acari, Yauca, Caravelí, Oco-ná, Camaná-Majes, Vitor-Chilli, Tam-bo, Locumba, Sama y Caplina sobre-pasan en exceso los niveles permisi-bles de Cd, Cr, Ni, Cu, Pb, Zn, As ycianuro. De estos contaminantes conalto potencial tóxico, el arsénico esde gran relevancia desde el punto devista de salubridad y ambiental.

3.2. Impacto del arsénicosobre la salud humanaVarios países de América Latina

como Argentina, Chile, México, ElSalvador y Perú, presentan alta con-taminación por arsénico, y por lo me-nos 4 millones de personas bebenen forma permanente agua con nive-les de arsénico que ponen en riesgosu salud(2).

La acumulación del As en el orga-nismo (en huesos, músculos y piel y,en menor grado, hígado y riñones)puede ocasionar afecciones cróni-cas como alteraciones en la piel, conefectos secundarios en el sistemanervioso, irritación de los órganosdel aparato respiratorio, gastrointes-tinal, hematopoyético y, en últimotérmino, la muerte. En las personasque sobreviven, se ha observadouna anomalía en la médula ósea, he-mólisis, hepatomegalia, melanosis,polineuropatía y encefalopatía(3).

Existe evidencia epidemiológicaque la ingestión prolongada de arsé-nico en agua provoca hiperquerato-sis palmo-plantar, cuya manifesta-ción principal es la pigmentación dela piel y callosidades en las palmasde las manos y pies, que luego deri-va a la melanodermia y, por último, alcáncer de piel(4, 5). Además, la pre-sencia de arsénico en el agua, su ac-ción contaminante y la incidencia deenfermedades de la piel, especial-mente el HACRE (HidroarsenicismoCrónico Regional Endémico), provo-có un gran impacto en la salud en Ar-gentina y México, que se describenen diferentes estudios(6).

Asimismo, la agencia de Protec-ción Ambiental de los Estados Uni-dos de Norte América (US EPA) y laOrganización Mundial de la Salud(OMS) clasifican al arsénico comocarcinogénico del grupo "A", debidoa la evidencia de sus efectos adver-sos sobre la salud. Por ello, se esta-blece como Límite Máximo Permisi-ble (LMP) de As una concentraciónde 0,050 mg/L para consumo huma-no. Sin embargo, algunos estudiosinforman que la exposición a estaconcentración de As puede causar31,33 casos de cáncer a la piel porcada 1000 habitantes, por lo que laOMS ha considerado bajar el LMP a0,010 mg/L. En el Perú, la Ley Gene-ral de Aguas establece una concen-tración de 0,100 mg/L, por lo cualexiste gran preocupación y alarmapor posibles riesgos a la salud. Porotra parte, hay que tener en cuentaque la eliminación natural del orga-nismo humano del arsénico es porvía urinaria, heces, sudor y desca-mación epidérmica (epitelio de la


57

piel)(2), que complica aún más la si-tuación.

3.3. Técnicas de remoción dearsénico: limitaciones, venta

jas y desventajasEn general, los tratamientos para

potabilizar agua están orientados aremover la turbiedad y los microorga-nismos patógenos de origen fecal.Esta remoción se logra a través deuna combinación adecuada de pro-cesos: coagulación, floculación, sedi-mentación, filtración y desinfección.

Sin embargo, cuando se desea remo-ver elementos químicos del agua, co-mo el arsénico, las tecnologías utili-zadas son más complejas, como ad-sorción sobre alúmina activada, inter-cambio iónico, electrodiálisis, osmo-sis inversa, etc., además de la coa-gulación(7). La Tabla 1 muestra un re-sumen bibliográfico de varias técni-cas utilizadas para la remoción de ar-sénico del agua potable y de lasaguas residuales industriales.

La remoción de arsénico dependede sus formas presentes en el agua

Tabla 1. Resumen de las técnicas aplicadas en la remoción de arsénicoTable 1. Summary of Arsenic Removal Techniques

n.d.: no detectada , Fuente: Petkova V., 1999.

Coagulación consales de hierro /Coagulation withiron salts

Coagulación consales de alúmina /Coagulation withalumina salts

Precipitación con cal/ Lime precipitation

Adsorción en alúmi-na activada /Adsorption in acti-vated alumnina

Intercambio iónico /Ionic exchange

Ósmosis inversa /Inverse osmosis

Electrodiálisis /Electrodialysis

Brewestwer, 1992Logsdon, 1974Logsdon, 1974Shen, 1973Sorg, 1978Sorg, 1978

Logsdon, 1974Logsdon, 1974Sorg, 1978Sorg, 1978

Nishimura, 1985Nishimura, 1985Nishimura, 1985Nishimura, 1985

Frank, 1986Frank, 1986Clifford, 1991Clifford, 1991

VanceCalmon, 1973

Clifford, 1991Clifford, 1991

Clifford, 1991

arsénico oxidadoarsenatoarsenitoarsenatoarsenatoarsenito

arsenatoarsenitoarsenatoarsenito



arsenatoarsenato

arsenitoarsenato

arsenito

[As] (mg/l)Forma de As / As formTécnica Fuente / Reference

560,350,350,560,300,30

0,350,350,300,30

50050022

0,100,100,0570,031

10068

0,0370,051

0,188

0,010,0060,1400,010,0060,138

0.0740.2630.0300.249

420.020.160

0.004inefectivo / inefective n.d.pH=6 inefectivopH=6 inefective

<0,80 de 0 a 12,2

0,0070,0015

0,136

Inicial / Initial Final / Final

58


y del grado de oxidación del mismo.La Tabla 2 presenta un resumen devarios resultados informados en la li-teratura sobre la remoción de arse-niatos. El As(V) puede ser removidoen forma efectiva por coagulacióncon sales de Al(III) o Fe(III) y porprocesos de ablandamiento con cal ysoda. Los coagulantes se hidrolizanformando hidróxidos, sobre los cua-les el As(V) se adsorbe y coprecipitacon los otros iones metálicos(2). Elproceso de coagulación, al igual quela precipitación con cal, son depen-dientes del pH del agua tratada, deltipo y dosis de coagulante, así comode la concentración inicial del ele-mento, siendo factible sólo para lasaguas superficiales. Por otra parte,la dosis de coagulante requerida pa-ra reducir arsénico a niveles acepta-bles es muy alta, lo que origina gran-des cantidades de lodos, los cuales,a su vez, deben ser tratados adecua-damente(2).

Los procesos de intercambio ióni-co, ósmosis inversa y electrodiálisisutilizan resinas aniónicas o membra-nas específicas poco accesibles porsu escasez y alto costo. Además, losdos últimos procesos se caracterizanpor un elevado consumo energético,así como de un mantenimiento y

operación de plantas por personalcalificado, lo que repercute en elcosto del agua tratada(7). Por las ra-zones anteriores, los procesos parala remoción de arsénico descritosanteriormente resultan muy costo-sos, además de no asegurar la re-moción de arsénico hasta una con-centración menor de 0,050 mg/L, talcomo se muestra en la Tabla 1.

El objetivo principal de este estu-dio fue evaluar la aplicación de unmétodo de tratamiento de muy bajocosto y de fácil manejo para removerel arsénico presente en las aguasnaturales de pozos de zonas rurales,haciendo a estas aguas aptas paraconsumo humano. Este método(8) sebasa en la formación del complejo ci-trato de Fe(III), que permite la oxida-ción del As(III) a As(V) a través deespecies activas formadas por irra-diación con luz solar en presencia deoxígeno. El As(V) se adsorbe fuerte-mente sobre el precipitado de hidró-xido de hierro que se forma en esascondiciones, y flocula. Se agregan alagua algunas gotas de jugo de limóny una solución de Fe(II) como sal deMohr (Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O). Estetratamiento se realiza en botellas deplástico, que se exponen al sol poralgunas horas. Las botellas se colo-

Tabla 2. Eficiencia de coagulantes en la remoción de arsénicoTable 2. Coagulant Efficiency in Arsenic Removal

Coagulante / Coagulant

Sulfato Férrico, Fe2(SO4)3

Sulfato de alúmina, Fe2(SO4)3

Arsenato, As(V)

C pH

100

90

<9,0

<7,0

20

50

<9,0

<7,0

Remoción / pHRemoval(%)

Arsenito, As(III)


59

can luego en posición vertical duran-te la noche, para que decanten laspartículas de hidróxido de hierroconteniendo el As(V), y luego se fil-tra a través de paños textiles o algo-dón.

Como puede deducirse, este mé-todo no requiere equipos caros, nielevados costos de energía. Sólo ne-cesita la acción permanente del sol,y es, por lo tanto, aplicable a regio-nes con alta incidencia de radiacióndiurna, es decir, con más de 3000horas de sol en promedio por año.Esta tecnología ha sido aplicada conbastante éxito en países como Co-lombia, Tailandia, México y Bangla-desh.

3.4. Lugar de estudioLas pruebas se realizaron en Li-

ma, ciudad de la costa peruana(12°01' S, 77°06' O), que posee unamenor incidencia de la radiación so-lar con respecto a las zonas rurales(Región Andina) en las que se llega,por ejemplo, hasta las 4000 horas desol por año. Por esa razón, es de es-perarse que la tecnología aquí pro-puesta se pueda aplicar en la RegiónAndina con mejores resultados.

3.5. Metodología Se trataron muestras de agua con

concentraciones de As(III) de 0,200y 0,500 mg/L. A 500 mL de agua con-tenida en una botella de plástico depolietilentereftalato (PET) se le adi-cionaron 10 gotas de jugo de limón(equivalente a 0,5 mL aprox.) y 0,5mL de solución de Fe(II) de 5000ppm provenientes de la sal de Mohr.La relación molar de Fe2+/citrato fuevariada en el rango de 0 a 10. La bo-

tella fue irradiada con luz solar o delámpara UV por un lapso de 3 a 4 ho-ras. En los experimentos, se irradia-ron simultáneamente 4 muestras deidénticas características en distintasbotellas de PET. Cada 30 minutos seretiraba una de ellas, y se colocabaen la oscuridad para ser analizadaposteriormente, dejándola en reposodurante toda la noche para la decan-tación. Al día siguiente, la muestraera filtrada, y se determinó la con-centración de arsénico total presenteen el agua mediante un método es-pectrofotométrico con dietilditiocar-bamato de plata(9).

3.6. Resultados y discusiónLos resultados se presentan de la

siguiente manera: inicialmente semuestra un análisis de la influenciade la relación Fe2+/citrato en la mues-tra irradiada con luz solar. Seguida-mente, se muestran resultados obte-nidos iluminando con luz UV de dis-tintos arreglos de lámparas y, final-mente, se informan los resultados demuestras iluminadas con luz solar.

a) Optimización de la relación Fe2+/citrato Para ello se realizaron variacio-

nes sobre la relación molar Fe2+/ci-trato de 2, 4, 6, 8 y 10, manteniendola concentración inicial de arsénicoconstante (200 ppb, como As (III)).Se irradió con luz solar durante 3 ho-ras. Los resultados (Figura 1) mues-tran que un incremento en la relaciónFe2+/citrato produce una remociónpor debajo de 30 ppb. Se puede ob-servar, además, que la remoción deAs pasa por un máximo con respec-to a la relación Fe2+/citrato, lo cual

60


ocurre cuando esta relación es cer-cana a 6, donde se llega a valoresde hasta 10 ppb de As. Hay que re-cordar que un incremento en la con-centración de Fe produce un aumen-to también sobre la concentración deFe residual en el agua tratada, locual es también perjudicial para lacalidad del agua. Por lo tanto, en losexperimentos siguientes se empleóuna relación molar Fe2+/citrato de1,8:1.

b) Irradiacióncon lámpara ultravioletaEn este experimento, la muestra

se irradió con luz ultravioleta prove-niente de dos arreglos. El primeroutiliza lámparas fluorescentes de"luz negra" General Electric de 20 Wy el segundo, una lámpara UV OS-RAM Ultravitalux de 300 W. La po-tencia por unidad de área de la ra-diación ultravioleta, medida a 365nm, durante el tiempo de la irradia-ción en la posición de la botella semidió con un radiómetro UDTS371R, dotado con un cabezal UVAsensible a 365 nm, y se muestran enlas Figuras 2(a) y 3(a), para las lám-

paras General Electric y OSRAM,respectivamente. Se puede observarque la intensidad de la radiación esaproximadamente constante durantela irradiación, alcanzando valores de~3 mW/cm2 para la lámpara GeneralElectric y ~7,5 mW/cm2 para la lám-para OSRAM. Ambas lámparas tie-nen una intensidad despreciable a285 nm.

Los resultados de la remoción dearsénico (500 ppb) bajo irradiacióncon la lámpara General Electric (~3mW/cm2) durante 90 minutos y con lalámpara OSRAM (~ 7,5 mW/cm2) du-rante 4 horas se muestran en las Fi-guras 2 (b) y 3 (c). En el primer caso,sólo se remueve el arsénico en un42 %; la máxima remoción se alcan-za ya en 30 minutos, y a mayorestiempos de irradiación no se observaun aumento en la remoción (Figura 2(b)). En el caso de la lámpara OS-RAM, el arsénico es removido casien su totalidad (95 % aprox.) en 4horas de tratamiento (Figura 3 (c)).Para una muestra con menor con-centración de As (200 ppb), irradiadacon la lámpara de ~ 7,5 mW/cm2, el95 % de As es removido después de

Figura 1.Concentración de Asvs. relación molarFe2+/citrato. La con-centración inicial deAs fue de 200 ppb

Figure 1. As concen-tration vs. Fe2+/cit-rate molar ratio. Theinitial As concentra-tion was 200 ppb


61

4 horas de irradiación (Figura 3 (b)).En las Tablas 3 y 4 se muestran

las concentraciones de As obtenidasdespués de la irradiación con laslámparas UV de ~3 mW/cm2 y ~7,5mW/cm2, respectivamente.

En el primer caso (lámpara UV de~ 3 mW/cm2), la concentración de ar-sénico disminuye de 500 ppb a 280ppb en 90 minutos. Este resultadono cumple los requerimientos ni dela Normativa Peruana ni de las nor-mativas internacionales (OMS). Con

Figura 2. (a) Irradiación UV de una lámparamedida a 365 nm durante un experimento típi-co de descontaminación de As.(b) Eficiencia de remoción de arsénico conlámpara de luz UV. La concentración inicialdel arsénico era de 500 ppb.

Figure 2. (a) UV lamp irradiation measured at365 nm during a typical experiment of arsenicremoval (b) Typical experiment of arsenicremoval efficiency. The initial concentration ofarsenic was 500 ppb.

Figura 3. (a) Irradiación UV de una lámpara,medida a 365 nm, durante un experimentotípico de descontaminación de As (b)Eficiencia de remoción de arsénico con lám-para de luz UV. La concertación inicial delarsénico fue 200 ppb. (c) Eficiencia de remo-ción de arsénico con lámpara de luz UV. Laconcertación inicial del arsénico fue 500 ppb. /

Figure 3. (a) UV Lamp irradiation measured at365 nm during a typical experiment of arsenicremoval (b) Typical experiment of arsenicremoval efficiency. The initial concentration ofarsenic was 200 ppb (c) Typical experiment ofarsenic removal efficiency. The initial concen-tration of arsenic was 500 ppb.

la lámpara de ~7,5 mW/cm2, la con-centración se reduce de 500 ppb a30 ppb en 4 horas de tratamiento,ajustándose en este caso a la Nor-

62


mativa Peruana, mientras que lamuestra de 200 ppb disminuye a <10 ppb, cumpliendo con lo requeridopor ambas regulaciones.

c) Irradiación con luz solarEn las Figuras 4(a) y 5(a) se pre-

senta la radiación solar en el mes deabril en W/m2 durante un experimen-to típico de remoción de arsénico,mientras que en las Figuras 4(b) y5(b) se puede observar la compo-nente ultravioleta de esta radiaciónmedida a 365 nm durante el trata-miento. Las Figuras 4(c) y 5(c)muestran la remoción de As obtenidairradiando la muestra durante 3 ho-

ras. Las medidas fueron realizadas aintervalos de 1 hora, con concentra-ciones iniciales de 200 (Figura 4) y500 ppb (Figura 5). La remoción deAs después de 3 horas de irradiaciónsolar fue de 95 % y 90 % a partir de500 y 200 ppb de As, respectivamen-te. Estos resultados sugieren la posi-bilidad de una remoción total em-pleando tiempos mayores.

Las tablas 5(a) y 5(b) muestran lavariación de la concentración de ar-sénico, partiendo de una concentra-ción inicial de 200 y 500 ppb, respec-tivamente. Los resultados obtenidosmuestran que en 3 horas de trata-miento, la concentración de arsénico

Tabla 3. Variación de la concentración de arsénico durante 90 minutos de tratamiento. Lairradiación fue realizada con una lámpara UV de ~ 3 mW/cm2 medida a 365 nm.Table 3. Variation in arsenic concentration during 90 minutes of treatment. Irradiation wasperformed with a UV lamp of ~ 3 mW/cm2 measured at 365 nm.

Tabla 4. Variación de la concentración de arsénico durante las 4 horas detratamiento. La irradiación fue realizada con una lámpara UV de ~ 7,5 mW/cm2

medida a 365 nm. Las concentraciones iniciales de arsénico fueron: (a) 200ppb y (b) 500 ppb.Table 4. Variation in arsenic concentration during 4-hour treatment. Irradiationwas performed with UV lamp of ~ 7,5 mW/cm2 measured at 365 nm. The initialconcentration of arsenic was: (a) 200 ppb and (b) 500 ppb.

TiempoTime (min)

0306090

[As] (mg/L)

0.5000.3000.3100.280

Tiempo / Time (min)

060120180240

a

[As] (mg/l)

0.2000.0550.0370.015< 0.010

Tiempo / Time (min)

060120180240

b

[As] (mg/l)

0.5000.2560.1350.0780.030


63

decrece de 200 a 40 ppb y de 500 a60 ppb, respectivamente. En el casode la concentración inicial de 200ppb, se llega a una concentraciónmenor a 10 ppb luego de 4 horas deirradiación solar.

3.7. ConclusionesLos resultados muestran que irra-

diando con 7,5 mW/cm2 de luz UVA du-rante por lo menos 4 horas muestras deagua de 200 y 500 ppb de As, conte-niendo una relación molar Fe2+/citrato

Figura 4. (a) Irradiación solar durante unexperimento típico de descontaminación deAs. (b) Componente UVA medida a 365 nm deun experimento típico de descontaminación deAs. (c) Eficiencia de remoción de arsénicosometido a un tratamiento con luz solar. Laconcentración inicial de As fue de 200 ppb.Figure 4. (a) Solar irradiation during a typicalexperiment of As removal. (b) UVA componentmeasured at 365 nm for a typical experimentof As removal. (c) Efficiency of arsenicremoval under a solar light treatment. The ini-tial concentration of arsenic was 200 ppb.

Figura 5. (a) Irradiación solar durante unexperimento típico de descontaminación deAs. (b) Componente UVA medida a 365 nmpara un experimento típico de descontami-nación de As. (c) Eficiencia de remoción dearsénico con un tratamiento con luz solar. Laconcentración inicial de As fue de 500 ppb.Figure 5. (a) Solar irradiation during a typicalexperiment of As removal. (b) UVA componentmeasured at 365 nm for a typical experimentof As removal. (c) Efficient of arsenic removalunder solar light treatment. The initial concen-tration of arsenic was 500 ppb.

64


de 1,8:1, se logra una remoción de ar-sénico que cumple la Norma TécnicaPeruana. La rapidez de eliminacióndel arsénico depende de la relaciónmolar Fe2+/citrato y es aparentementeproporcional a la intensidad de la luzUV.

De lo expuesto, se concluye queesta tecnología es efectiva para suaplicación a nivel domiciliario en zo-nas rurales del país con fuerte conta-minación por arsénico originada en laindustria minera, haciendo a estasaguas aptas para consumo humano.

Tabla 5. Variación de la concentración de arsénico durante las 3 a 4 horas detratamiento con irradiación solar. Las concentraciones iniciales de arsénico fueron: (a)200 ppb y (b) 500 ppb

Table 5. Variation in arsenic concentration during 3 to 4 hours of treatment with solarirradiation. The initial concentration of arsenic was: (a) 200 ppb and (b) 500 ppb

Tiempo / Time (min)

060120180240

a

[As] (mg/l)

0.2000.0630.0490.039< 0.010

Tiempo / Time (min)

060120180

b

[As] (mg/l)

0.5000.2100.0700.060

1 Boletín del Área de Recursos Naturales y del Medio Ambiente Centro de Investigación de la Universidaddel Pacífico. Economía y Ambiente, 1999.2 Esparza M. L., Wong M. Abatimiento de Arsénico en aguas subterráneas para zonas rurales. XXVICongreso Interamericano de Ingeniería Sanitaria y Ambiental, 3 al 8 de Diciembre, Porto Alegre, Brasil,1998.3 Environmental Health Criteria, Monograph of the Programme on Chemical Safety and the CanadianCentre for Occupational Health and Safety, N° 224: Arsenic, 2001. 4 Callegaro R., Cusimano N., Deambrosi N., Albina L., Reporte interno, Métodos Prácticos para laCorrección de aguas arsenicales. Laboratorio de Ingeniería Sanitaria, Dpto. de Hidráulica, Facultad deIngeniería, Universidad Nacional de La Plata, Buenos Aires. 1992.5 Ríos E., Lorenz A., Ríos R., Estado actual del arsenicismo crónico en la provincia de Tucumán. RevistaMédica de Tucumán 3, 67, 1997.6 Relevamiento de comunidades rurales de América Latina para la aplicación de tecnologías económicaspara la potabilización de aguas. M. Litter (Ed.), Digital Grafic, La Plata, 2002.7 Petkova V.,. Estudio piloto para remoción del arsénico, Estado de Hidalgo, México. Ingeniería Hidráulicaen México, vol. XIV, N° 3 (1999) 65.8 http://www.sandec.ch/water/SORAS.pdf.9 APHA AWWA, WPCF, "Métodos Normalizados para el análisis de aguas potables y residuales", Ed. Díasde Santos S.A., págs.: 3-83 (1992).

Referencias


65

Chapter 3

Clido Jorge*, Jessica Nieto*, Silvia Ponce*, Juan Rodríguez*,** José Solís*,** and Walter Estrada*,**

Arsenic Removal of Water UsingSolar Radiation in Lima, Peru

AbstractPeru is a country with extensive rural

zones in which the inhabitants do nothave access to potable water, and theyconsume non-controlled water. Arsenicin natural waters is toxic and accumula-tive, leading to severe consequencesfor human beings. This is especiallydramatic in these areas, where drinkingwater is obtained from sources wheresystematic analysis by controllingorganisms is out of question.

In the present work, the SolarOxidation Removal of Arsenic (RAOS)technology was implemented, compar-ing the results with those obtainedunder ultraviolet light from a lamp(UV). For arsenic concentrations up to500 ppb and a Fe2+/citrate ratio of1.8:1, arsenic was removed to 95 %after four hours under solar irradiationor UV of ~7.5 mW/cm2. The resultsindicate that the method here pro-posed is promising for household usein rural zones, due to its operative andeconomical simplicity.

3.1. IntroductionThe deterioration of water quality is

one of the most serious problems inPeru; an efficient use of this resource is

not possible, due to the bad quality andquantity of its supply. The principalcauses of poor water quality are indus-trial contamination, lack of treatmentand indiscriminate use of agro-chemicalproducts. The most significant industrialcontamination comes from the miningand fishing sectors as well as the hydro-carbon sectors, which alter and affectthe environment, especially the water.

In Peru, mining is an important con-taminating source due to its wastesand byproducts. Owing to geologicalcharacteristics and mining resources,the mining industry generally developsin desertic rural areas. These activitiesalter the environment of the local com-munities in a negative way and pro-duce important health risks(1).

Contamination coming from miningis a carrier of toxic contaminants (Pb,Cd, Hg, Cu, As, among others). In 1992,the General Direction of Water andSoils of the Agriculture Ministry reportedthat the streams of the Moche, Cañete,Pisco, Acari, Yauca, Caravelí, Oconá,Camaná-Majes, Vitor-Chilli, Tambo,Locumba, Sama and Caplina riversovercome the permissible limit of Cd,Cr, Ni, Cu, Pb, Zn, As and cyanide.Among all these contaminants with a

* Facultad de Ciencias, Universidad Nacional de Ingeniería, P.O. Box 31-139, Av.Tupac Amaru 210, Lima, Peru** Instituto Peruano de Energía Nuclear, Av. Canadá 1470, Lima, Peru

66

Arsenic Removal of Water Using Solar Radiation in Lima, Peru

high toxic power, arsenic is of high rele-vance from the human and environ-mental health point of view.

3.2. Impact of arsenicon human healthSeveral Latin American countries,

such as Argentina, Chile, Mexico, ElSalvador and Peru, present high arseniccontamination. At least, 4 million peopleare drinking permanently water witharsenic levels of high health risk(2).

The accumulation of As in theorganism (in bones, muscles and skinand, to a less extent, in liver and kid-neys) can result in chronic diseasessuch as skin alterations, with second-ary effects in the nervous system, irri-tation in the respiratory, gastrointesti-nal, and hema-topoietic systems, andfinally, death. If people survive, theypresent marrow anomaly, hemolysis,hepathomegaly, melanosis, poli-neu-ropathy and encephalopathy(3).

There is epidemiological evidencethat people with prolonged arsenicingestion from drinking water haveexperienced palm-plant hyper-kerato-sis, whose principal symptom is skinpigmentation and calluses in the palmsof the hands and feet, which then devel-ops into melanodermis and finally intoskin cancer(4, 5). Furthermore, the pres-ence of arsenic in water, its degree ofcontamination and the incidence of skindiseases, especially HACRE (ChronicRegional Endemic Hydroarsenicism)provokes a great health impact inArgentina and Mexico, which has beendescribed in different studies(6).

The United States EnvironmentalProtection Agency (US EPA) and theWorld Health Organization (WHO)classify arsenic as a Group "A" car-cinogen, due to the evidence of its

adverse health effects. As a result, theAs maximum permissible limit (MPL)for human consumption is 0.050 mg/L.However, according to recent studies,As exposure at this concentration cancause 31.33 cases of skin cancer per1000 habitants; consequently, WHOhas considered that the MPL should belowered to a value of 0.010 mg/L. InPeru, the Water General Law estab-lishes a concentration of 0.100 mg/L,resulting in increased concern andalarm for its health risks. It is importantto take into account that the naturalelimination of arsenic from the humanorganism is through the urinary way,feces, sweat and skin peeling, compli-cating even more the situation(2).

3.3. Arsenic removal techniques:limitations, advantages and disad-vantages

In general, drinking water treatmentis oriented towards the removal of tur-bidity and pathological microorgan-isms of fecal origin. This removal isachieved through an adequate combi-nation of different processes: coagula-tion, flocculation, sedimentation, filtra-tion and disinfection. However, whenthe objective is to remove chemicalelements, such as arsenic, the tech-niques used are much more complex,such as adsorption on activated alu-minum, ionic exchange, electrodialy-sis, inverse osmosis, in addition tocoagulation(7). Table 1 presents a bibli-ographic summary of the various tech-niques used for arsenic removal fromdrinking water and from industrialwastewaters.

Arsenic removal depends on itschemical form and oxidation state inwater. Table 2 presents a summary ofvarious results from the literature on


67

arsenate removal. As(V) can beremoved effectively by coagulation withAl(III) or Fe(III) salts as well as by soft-ening processes with caustic lime andsoda. The coagulants are hydrolyzedforming hydroxides, on which As(V) isadsorbed and co-precipitated with theother metallic ions(2). The coagulationprocess, like the lime precipitationdepends on the pH of the treated water,the type and dose of the coagulant aswell as the initial concentration of theelement, and is suitable only for super-ficial waters. On the other hand, thedose of coagulant required to reducearsenic to acceptable levels is veryhigh, which results in great quantities ofwaste product that must also be treatedand disposed of adequately(2).

The ionic exchange process,inverse osmosis and electrodialysisuse anionic resins or specific mem-branes that are virtually inaccessibledue to their lack and high cost. On theother hand, the last two processes arecharacterized by a high-energy con-sumption as well as high costs ofmaintenance and qualified personnel,increasing the total costs(7). In conse-quence, most usual arsenic removalprocesses are expensive, and do notalways warrant reduction of arsenic toconcentrations below 0.050 mg/L, asshown in Table 1.

The principal objective of this studywas to provide a low-cost, easy-to-usehousehold method to remove thearsenic present in natural waters ofwells from rural areas, making the waterapt for human consumption. Thismethod(8) is based on the formation ofthe Fe(III)-citrate complex, which per-mits oxidation of As(III) to As(V) throughactive species formed by solar light irra-diation in the presence of oxygen. As(V)

is strongly adsorbed on the iron hydrox-ide precipitate, which forms under theseconditions, and flocculates. Citrate isadded in the form of lemon juice to thewater, together with a Fe(II) solution asMohr salt (Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O). Thistreatment is carried out in plastic bot-tles, which are exposed to sunlight forseveral hours. The bottles are thenplaced in a vertical position during thenight to decant the iron hydroxide parti-cles with As(V), and the next day theyare filtered using textile cloths or cottonas filters.

As can be deduced, this methoddoes not involve expensive equipmentor elevated energy costs. It onlyrequires the permanent action of thesun, being therefore applicable toregions with a high incidence of day-light radiation, that is, more than 3,000hours of average sunshine per year.This technology has been applied suc-cessfully in countries such asColombia, Thailand, Mexico andBangladesh.

3.4. Study location The study tests were performed in

Lima, a city of the Peruvian coast(12°01' S, 77°06' W), with a lower inci-dence of solar radiation compared tothe rural areas (Andean Region) wherethere may be up to 4,000 hours ofaverage sunshine per year.Consequently, we expect to have evenbetter results with the technology inrural areas.

3.5. MethodologyWe performed tests with samples of

0.200 and 0.500 mg/L As (III). For 500mL of sample, 10 drops of lemon juicewere added (equivalent to ca. 0.5 mL)and 0.5 mL of a 5000 ppm Fe (II) solu-

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Arsenic Removal of Water Using Solar Radiation in Lima, Peru

tion in the form of Mohr salt. TheFe2+/citrate molar ratio was varied in therange from 0 to 10. The sample wasirradiated with solar light or with a UVlamp for 3 or 4 hours parts. Four identi-cal samples were irradiated simultane-ously in PET bottles. Every 30 minutes,one of the bottles was removed fromlight and placed in the dark to be lateranalyzed. It was left during the night fordecantation. The next day, the samplewas filtered and the total arsenic con-centration was measured by a spec-trophotometric method with silverdiethyldithiocarbamate(9).

3.6. Results and discussionThe results are presented as follows.

First, an analysis of the influence of theFe2+/citrate ratio on the sample irradiat-ed with solar light is shown. Next,results performed with UV light from dif-ferent ultraviolet lamp arrays are report-ed and, finally, results of samples irradi-ated under sunlight are shown.

a) Optimization of the Fe2+/citrateratio

For this sake, variations on theFe2+/citrate molar ratio of 2, 4, 6, 8 and10 were done, keeping constant the ini-tial arsenic concentration (200 ppb, asAs(III)). The samples were irradiatedunder sunlight for 3 hours. Results(Figure 1) show that an increase on theFe2+/citrate ratio produces a removalunder 30 ppb. It can be observed, inaddition, that the As removal goesthrough a maximum with respect to theFe2+/citrate ratio, and that this occurswhen this ratio is close to 6, where val-ues of 10 ppm can be attained. It isworthwhile to remember that anincrease on Fe concentration producesan increase on the residual Fe concen-

tration in water, which is also detrimen-tal for the water quality. Consequently,in the following experiments a Fe2+/cit-rate ratio of 1.8:1 was used.

b) Ultraviolet lamp irradiationIn this experiment, the sample was

irradiated with two ultraviolet lightarrays. The first one uses a GeneralElectric fluorescent "black light" lamp,20 W, and the second one uses anOSRAM Ultravitalux UV lamp 300 W.The UV light power per unit area at365 nm, during the irradiation time inthe position of the bottle was meas-ured with a radiometer UDT S371R,equipped with a 365 nm UVA-sensitivehead, and it is shown in Figures 2(a)and 3(a), for General Electric andOSRAM lamps respectively. It can beobserved that the radiation intensity isvirtually constant, reaching values of~3.0 mW/cm2 for the General Electriclamp and ~7.5 mW/cm2 for theOSRAM lamp. Both lamps show anegligible component a 285 nm.

The results of As removal (500 ppb)under irradiation with the GeneralElectric lamp UV light (~3.0 mW/cm2)for 90 minutes and with the OSRAMlamp (~7,5 mW/cm2) for 4 h are shownif Figures 2(b) and 3(c). In the firstcase, As is removed only in 42 %; themaximal removal is attained in only 30min, and longer irradiation times didnot result in an increase of removal(Figure 2(b)). In the case of theOSRAM lamp, As is almost totallyremoved (ca. 95 %) in 4 h (Figure3(c)). In Tables 3 and 4, As concentra-tions obtained after irradiation withboth lamps are presented.

In the first case (~3 mW/cm2 UVlamp), As concentration decreases from500 ppb to 280 ppb in 90 minutes. This


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result does not satisfy the requirementsof the Peruvian Norm or those of theinternational norms (WHO). With the~7,5 mW/cm2 lamp, As concentration isreduced from 500 ppb to 30 ppb en 4hours of treatment, a value in agree-ment with the Peruvian Normative, whilethe 200 ppb sample decreases to <10ppb, in agreement with both regulations.

c) Solar light irradiationFigures 4(a) and 5(a) present the

data on solar radiation in April in W/m2

for a typical As removal experiment,while Figures 4 (b) and 5 (b) presentthe ultraviolet component of this radia-tion measured at 365 nm during thetreatment. Figures 4(c) and 5(c) showAs removal from the sample irradiatedduring 3 hours of treatment.Measurements were performed everyone-hour intervals, for initial As con-centrations of 200 ppb (Figure 4) and500 ppb (Figure 5). As removal after 3h was 95 and 90 % from 500 and 200ppb, respectively. These results sug-gest the possibility of a total As

removal using longer exposure times. Tables 5(a) and 5(b) show the vari-

ation of arsenic concentration startingfrom 200 and 500 ppb, respectively.The results show that after 3 hours oftreatment, As concentration decreasesfrom 200 to 40 and from 500 to 60 ppb,respectively. In the case of 200 ppb, aconcentration lower than 10 ppb isattained after 4 h of solar exposure.

3.7. ConclusionsThe results show that for a contam-

ination of 200 ppb and 500 ppb ofarsenic in water with a Fe2+/citratemolar relation of 1.8:1, arsenic removalwas achieved after 4 hours of solarirradiation (~7.5 mW/m2), in agreementwith the Peruvian Normative. The rateof As removal depends on the Fe2+/cit-rate ratio and is apparently proportion-al to the UV light intensity.

Based on the results of our study, weconclude that this technology is applica-ble at a household level in rural areas ofthe country with high As levels comingfrom of the mining industry. In this way,drinking water can be obtained.

1 Boletín del Área de Recursos Naturales y del Medio Ambiente Centro de Investigación de la Universidaddel Pacífico. Economía y Ambiente, 1999.2 Esparza M. L., Wong M. Abatimiento de Arsénico en aguas subterráneas para zonas rurales. XXVICongreso Interamericano de Ingeniería Sanitaria y Ambiental, 3 al 8 de Diciembre, Porto Alegre, Brasil,1998.3 Environmental Health Criteria, Monograph of the Programme on Chemical Safety and the CanadianCentre for Occupational Health and Safety, N° 224: Arsenic, 2001. 4 Callegaro R., Cusimano N., Deambrosi N., Albina L., Reporte interno, Métodos Prácticos para laCorrección de aguas arsenicales. Laboratorio de Ingeniería Sanitaria, Dpto. de Hidráulica, Facultad deIngeniería, Universidad Nacional de La Plata, Buenos Aires. 1992.5 Ríos E., Lorenz A., Ríos R., Estado actual del arsenicismo crónico en la provincia de Tucumán. RevistaMédica de Tucumán 3, 67, 1997.6 Relevamiento de comunidades rurales de América Latina para la aplicación de tecnologías económicaspara la potabilización de aguas. M. Litter (Ed.), Digital Grafic, La Plata, 2002.7 Petkova V.,. Estudio piloto para remoción del arsénico, Estado de Hidalgo, México. Ingeniería Hidráulicaen México, vol. XIV, N° 3 (1999) 65.8 http://www.sandec.ch/water/SORAS.pdf.9 APHA AWWA, WPCF, "Métodos Normalizados para el análisis de aguas potables y residuales", Ed. Díasde Santos S.A., págs.: 3-83 (1992).

Referencias

Este libro se terminó de imprimiren el mes de agosto de 2003

en Digital Grafic, La Plata

remoción de arsénico asistida por - bvsde desarrollo ... · de estas familias perforen un pozo...

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