TRATAMIENTOS SECUNDARIOSTratamiento Qumico

Tratamiento de Aguas cidas. Prevencin y Reduccin de la ContaminacinUn agua es cida cuando su pH

Tratamiento de Aguas cidas. Prevencin y Reduccin de la ContaminacinLas aguas cidas (Fig 1) se pueden formar tanto en el interior como en la superficie, por oxidacin de la pirita (FeS2 u otros sulfuros) en presencia de humedad, expuesta a las condiciones atmosfricas, pudiendo acceder al sistema hidrulico subterrneo, contaminando acuferos, o surgir como efluentes que vierten en cursos de agua superficial.Fig. 1: Problemtica ambiental de las aguas cidas. (a) Efluente de agua cida cargada en metales pesados (cobre), en la Mina de Sossego (Carajs, Brasil); (b) Efluentes cidos en rea minera abandonada de So Domingos (Portugal); (c) Ro Odiel.

Son aguas que se producen como resultado de la oxidacin qumica y biolgica de sulfuros metlicos, especialmente pirita o pirrotita, que se pueden encontrar presentes o formando parte de botaderos, relaves, basuras municipales, etc.

La oxidacin se produce cuando las rocas conteniendo sulfuros son expuestas al aire y al agua

Valores de pH por debajo de 7 hasta 1.5 Alcalinidad decreciente y acidez creciente Concentraciones elevadas de sulfato Concentraciones elevadas de metales (disueltos o totales) Concentraciones elevadas de slidos disueltos totales

La pirita, el mineral ms comn de sulfuro, se puede oxidar por mecanismos directos. Estos mecanismos han sido explicados por Silver (1989), y son ilustrados por la serie siguiente de ecuaciones:4FeS2 (s) + 4H2O + 14 O2 = > 4 FeSO4 + 4H2SO4 (1)4FeSO4 + O2 + 2H2SO4 = > 2Fe2(SO4)3 + 2H2O (2)_________________________________________4FeS2 + 15O2 + 2H2O = > 2Fe2(SO4)3 + 2H2SO4 (3)

La ecuacin (1) muestra la oxidacin directa de la pirita con formacin de sulfato ferroso, que es entonces oxidado a sulfato frrico, en la ecuacin (2) los "microorganismos pueden catalizar significativamente el ndice de oxidacin de la pirita especialmente cuando median la oxidacin de FE (III) a FE III)" (Wildeman y Laudon, 1989). El ion frrico formado puede entonces oxidar rpidamente el mineral segn la ecuacin (4):

2FeS2 + 2Fe2(SO4)3 = > 6FeSO4 + 4S (4)O puede ser hidrolizado produciendo el hidrxido frrico como precipitado:

Fe+3 + 3H2O = > Fe(OH)3 (s) + ion ferroso de 3H+ (5)

El in ferroso (ecuacin 4) puede entonces ser oxidado biolgicamente al ion frrico, y del sulfuro elemental al cidoSulfrico.

Botaderos de material estril (

Zonas fracturadas (crter) en superficies de minas Subterrneas. Grandes tajos de la minera a cielo abierto.

Este fenmeno puede permanecer por mucho tiempo si no se toman medidas adecuadas como el tratamiento pasivo y activo.

El uso de reactivos sintticos El uso de energa elctrica Sedimentacin intensificada En este caso lcalis y floculantesEn un estanque o en una clarificadora En un estanque o en una clarificadora

Precipitacin de hidrxidos. Actualmente el tratamiento activo de las aguas acidas de mina estn basadas en la precipitacin de hidrxidos . Se precipita es un proceso de tres pasos. - Oxidacin . para convertir Fe2+ en Fe3+ - Dosis con lcalis especialmente Ca(OH)2, pero tambin con Na(OH)2 y otras sustanciasSedimentacin

La oxidacin se realiza tradicionalmente por una cascada de aireacin. Sin embargo, en circunstancias apropiadas el proceso de oxidacin puede intensificarse por la aplicacin de otros enfoques mecnicos, o por el uso de reactivos qumicos (especial mente perxido de hidrgeno (H2O2).Oxidacin

En cuanto al proceso de dosis con lcalis, cada reactivo tiene sus propias ventajas e inconvenientes. Generalmente el reactivo ms econmico es la cal apagada (Ca(OH)2). Sin embargo, donde se precisa precipitar altas concentraciones de Mn, Zn y/o Cd, la sosa custica suele resultar ms barata todava. Donde el espacio disponible para una planta de tratamiento es muy pequeo, se puede usar amonaco (en forma de gas).Dosis con lcalis

El uso de la sedimentacin frecuentemente ofrece las oportunidades ms importantes para intensificacin del proceso de tratamiento en su totalidad. Eso es porque el proceso de sedimentacin gobierna la densidad del lodo de hidrxidos producido, que a su vez controla el volumen de residuos que se precisa recoger.

La sedimentacin en un estanque sencillo suele dar lodos con un contenido en slidos de 5% (en peso) o menos. Con otros enfoques, se puede aumentar este contenido en slidos hasta un 40%.Sedimentacin

Un enfoque sencillo pero muy exitoso es el proceso HDS (high-density sludge). En este proceso (Figura 2) se bombea un porcentaje (~ 80%) del lodo final del estanque de sedimentacin hasta el punta de arranque de la planta.Las partculas de lodo presentan ncleos para la precipitacin de nuevos hidrxidos, y obtenemos una precipitacin final de lodo con un 20% de slidos en peso.La densidad puede aumentarse ms por aplicacin de filtros, prensas, etc.Proceso HDS

La optimizacin de la densidad y estabilidad de lodos fue el motivo para el desarrollo de una nueva variedad de precipitacin de hidrxidos, en la que la reaccin es controlada y cada partcula de hidrxido de hierro es abrigada por una capa de slice. Tras ensayos a escala piloto, este mtodo esta ya en marcha a escala real enVenn Quarry (una mina a cielo abierto para agregados en Devon, Inglaterra, que tiene un problema de drenaje cido), aunque no se ha perfeccionado esta aplicacin todava. Proceso HDS

Los principios de la reduccin bacteriana de sulfatos, y la precipitacin de los metales blancos en la forma de sulfuros. Hasta la fecha, no se han vista aplicaciones de esta tecnologa a escala real para aguas de minas. (La nica aplicacin a escala real ha sido para un ingenio de zinc en Holanda). Sin embargo, se han vista aplicaciones exitosas a escala piloto (en la mina Wheal Jane, UK, par ejemplo), y de estas pruebas es claro que los procesos de RBS ocupan un nicho importante en dos circunstancias comunes:donde la desalinizacin de las aguas es imprescindible donde existen aguas altamente contaminadas por metales valiosos (tales como Cu, Zn)

Tratamiento activo, especialmente por precipitacin de hidrxidos, pero tambin par mtodos que aprovechan reduccin bacteriana de sulfatos. Quizs el reto ms importante es la evolucin de mtodos baratos para desalinizar las aguasConclusiones

Los drenes de caliza anxica (ALD) consisten en una capa de caliza recubierta por diferentes materiales, y aaden Alcalinidad al agua de mina (Fig. 3.3.1). Las condiciones anxicas permiten que la disolucin de la caliza pueda tener lugar sin que sta se recubra por xidos e hidrxidos de hierro. La finalidad de los sistemas ALD es reducir la acidez mineral y generar alcalinidad y debe ser seguido por un sistema aerobio en el cual los metales sean eliminados mediante reacciones de oxidacin e hidrlisis.

Los sistemas ALD producen alcalinidad a un costo ms bajo que los humedales. Sin embargo, no todas las aguas de mina son adecuadas para un pretratamiento con ALD. Los principales factores qumicos que limitan la utilidad de los ALD son la presencia de hierro frrico (Fe3+), aluminio (Al) y oxgeno disuelto (DO). Cuando las aguas cidas que contienen Fe3+ Al entran en contacto con caliza, se forman partculas de hidrxidos (FeOOH Al(OH)3) sin que sea necesario el oxgeno. El hidrxido frrico puede recubrir la caliza, limitando su futura disolucin. Por el contrario no se ha determinado hidrxidos de aluminio recubriendo la caliza.Sistema ALD

La concentracin de ambos precipitados dentro del sistema ALD puede eventualmente hacer decrecer la permeabilidad del drenaje y causar obturacin. La presencia de oxgeno disuelto en el agua de mina provocar la oxidacin de hierro ferroso a frrico dentro del ALD, y podr entonces causar encostramiento y obturacin.Mientras que el funcionamiento a corto plazo del ALD que recibe aguas de mina con elevados contenidos de Fe3+, Al DO puede ser espectacular por la alta eliminacin de metales, su funcionamiento a largo plazo es ms cuestionable.Sistema ALD

Sistema ALD

En los sistemas ALD la alcalinidad se produce cuando el agua cida entra en contacto con caliza en un ambiente cerrado, anxico.Es importante utilizar caliza con alto contenido en CaCO3 a causa de su alta reactividad en comparacin con una caliza con alto contenido en MgCO3 CaMg(CO3)2. Las calizas utilizadas en sistemas ALD que funcionan bien contienen de un 80 a 5% de CaCO3Sistema ALD

Este es el caso de los sistema ALD, que slo resultan apropiados para tratar aguas con bajos contenidos de hierro frrico, aluminio y/o oxgeno disueltos. Adems poseen una capacidad limitada para generar alcalinidad, cuyo mximo se estima en unos 300 mg/l para los diseos actuales (Hedin et al., 1994). Tambin la disposicin fsica de la captacin del agua a tratar condiciona su funcionamiento, ya que el contenido en oxgeno disuelto del agua de mina que ha estado expuesta a la atmsfera generalmente excede el lmite aceptable para un ALD. Obviamente, los sistemas de caliza anxica no se pueden tampoco usar tras un sistema de tratamiento de tipo aerobio

Desde su implantacin, se han ido desarrollando diferentes diseos de sistemas pasivos dirigidos a forzar al agua a desplazarse a travs de los lechos de materia orgnica y caliza dentro del sistema, y se observ que los sistemas que favorecen un flujo vertical se mostraban como los ms favorables. Las limitaciones de los sistemas ALD son eliminadas mediante las elevadas presiones que el agua experimenta en un sistema de flujo vertical (SAPS) en comparacin con las reducidas presiones existentes en un sistema de flujo lateral como el ALD. Adems, las secciones perpendiculares al flujo son mucho mayores en el caso de los SAPS.

Estos sistemas, normalmente estn constituidos por capas alternas de compost y caliza, y reciben el nombre de sistemas sucesivos productores de alcalinidad. (Successive Alkalinity-Producing Systems: SAPS), sistemas reductores y productores de alcalinidad (Reducing and Alkalinity- Producing Systems: RAPS) o humedales Anaerobios de flujo vertical.

Se trata sistemas hbridos entre los humedales con sustrato orgnico y los sistemas ALD, ya que consisten en balsas compuestas por dos capas: una superior de materia orgnica (abono, compost, etc.) de unos 50 cm de espesor y otra inferior de grava caliza de 0.5 - 1 m de espesor. El nivel de agua libre est por encima de ambas capas (1 - 2 m) y el sistema en su conjunto es drenado por su parte inferior mediante redes de tubos, con lo que se garantiza un flujo del agua en sentido vertical (Fig. 3.4.2). La capa superior de sustrato orgnico tiene por funcin transformar el Fe+3 a Fe2+ y eliminar el oxgeno disuelto del agua con lo que la caliza de la capa inferior no se recubre de precipitados de hidrxido de Fe3+, con lo que la disolucin de carbonato clcico puede ser mantenida durante muchos aos, proporcionando grandes incrementos de alcalinidad y aumento de al sistema. Adems, los SAPS se pueden usar en serie hasta alcanzar condiciones netamente alcalinas (Watlaf, G.R., et al., 1995).

Se trata sistemas hbridos entre los humedales con sustrato orgnico y los sistemas ALD, ya que consisten en balsas compuestas por dos capas: una superior de materia orgnica (abono, compost, etc.) de unos 50 cm de espesor y otra inferior de grava caliza de 0.5 - 1 m de espesor. El nivel de agua libre est por encima de ambas capas (1 - 2 m) y el sistema en su conjunto es drenado por su parte inferior mediante redes detubos,con lo que se garantiza un flujo del agua en sentido vertical (Fig. 3.4.2). La capa superior de sustrato orgnico tiene por funcin transformar el Fe3+ a Fe2+ y eliminar el oxgeno disuelto del agua con lo que la caliza de la capa inferior no se recubre de precipitados de hidrxido de Fe3+, con lo que la disolucin de carbonato clcico puede ser mantenida durante muchos aos, proporcionando grandes incrementos de alcalinidad y aumento de pH al sistema. Adems, los SAPS se pueden usar en serie hasta alcanzar condiciones netamente alcalinas (Watlaf, G.R., et al., 1995).Sistema SAPS

Sistema SAPS

Tratamiento de Aguas cidas. Tratamientos PasivosTratamiento de drenaje de cidos de minas en humedales construidosEl trmino humedales construidos se refiere a un rea diseada y construida para contener la planta de humedales a travs de la cual, las aguas residuales pasan para ser tratadas.

El propsito de los humedales construidos para tratamiento es permitir que ocurra la reaccin qumica y biolgica natural en el sistema de tratamiento, y no en el cuerpo de recepcin de agua. Las plantas y los microorganismos desempean un papel importante. Las plantas proporcionan un rea superficial para microbios y para transportar el oxgeno produciendo una zona de oxidacin en la rhizosphere donde adicionalmente existen poblaciones microbianas. Este complejo de vegetacin y microbios tiene una alta eficiencia en modificar nutrientes, metales y otros compuestos.

Esta tecnologa se est volviendo atractiva para tratamiento de drenaje de mina puesto que l ofrece mayores ventajas sobre el sistema de tratamiento convencional (como mtodo de tratamiento qumico). El uso de qumicos y energa estn virtualmente eliminados. Sin embargo despus del tratamiento, el agua puede requerir un tratamiento qumico adicional, de tal modo que se ahorra dinero.