Remocion de Hierro y Manganeso
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7/30/2019 Remocion de Hierro y Manganeso
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Remocin de hierro (Fe)
y manganeso (Mn)
MSc. Ing. Norma AvendaoCoordinadora Unidad de Vigilancia
de la Salud y Ambiente
MSPAS
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Resea histrica
1,899 (Harry Clark) reporto por primera vez la
presencia de Fe y Mn en agua subterrnea
como resultado de la percolacin de aguas
saturadas con oxgeno disuelto que estaban en
contacto con materia orgnica.
En 1958 (Ralp Wolf) explico el metabolismo
de la Gallionella ferruginea
En 1960 (A. E. Griffin) indica que la presencia
de Mn esta asociada a la actividad bacteriana.
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Orgenes de la presencia de Fe y Mn
Los materiales que constituyen la corteza
terrestre son clasificados en suelo y rocas
que contienen sustancias inorgnicas de tres
tipos: Minerales primarios procedentes de rocas gneas y
metamrficas
Minerales secundarios formados a partir de losprimarios (arcillosos)
Oxidos y carbonatos sin cambiar, tales como Fe2O3,
Al2O3, etc.
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Los depsitos residuales de hierro pueden
proceder de: yacimientos de siderita o sulfuro de hierro
minerales de hierro contenidos en calizas no
alumnicas
calizas que han sido sustituidas parcialmente
por minerales de hierro antes o durante el
perodo de meteorizacin
rocas gneas bsicas
sedimentos siliceos ferruginosos
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Los depsitos de Mn pueden proceder de:
Calizas y dolomitas pobres en almina pero quecontienen diseminados carbonatos y xidos de
manganeso.
Calizas que contienen manganeso introducido odiseminado en las mismas.
Rocas silicatadas magnesiferadas, tales como
esquistos cristalinos o rocas gneas alteradas
Yacimientos de filn de minerales de
manganeso o minas con elevado contenido de
manganeso.
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Presencia de Fe y Mn
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Las aguas de pozos contienen mayores
concentraciones de Fe y Mn que las aguas
superficiales, debido al bajo pH (alta
concentracion de CO2) y al escaso contenido de
oxigeno disuelto.
En el agua el Fe y Mn se presentan en formaqumicamente reducida y solubles que no dan
color al agua, como bicarbonato de manganeso y
bicarbonato ferroso.
Cuando se oxidan por aireacin o por cloro, losminerales precipitan y el Fe imparte un color
rojizo o negruzco y el manganeso un color
purpreo o negruzco.
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Microorganismos asociados a la
presencia de Fe y Mn
El Fe favorece el crecimiento de las bacterias
del hierro, organismos filamentosos queextraen su energa de la oxidacin del Fe+2 a
Fe+3 y en esta operacin depositan un
revestimiento viscoso en las tuberas, no son
bacterias verdaderas, sino especies de mas alta
vida vegetal. Los ms comunes de estos
organismos son del genero Crenothrix.
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Bacterias envainadas
Se caracterizan por el agrupamientofilamentoso de las clulas que estn dentro
de sus vainas (a veces tienen incrustados
xidos de Fe y Mn). Pertenecen al reinoprocariote y se componen de siete gneros:
Sphaerotilus - Crenothrix
Leptothrix - Clonothrix Streptothrix - Lieskeella
Phragmigiothrix
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Otra subdivisin del reino procariote son las
bacterias gemantes o accesorias de las cuales el
genero Gallionella, especficamente la especie
Gallionella ferruginea, se caracteriza porque
sus tallos son largos, delgados y retorcidos y
estn impregnados de hidrxido frrico. Se lesencuentra en suelos y aguas que contienen
compuestos solubles de hierro reducido.
Tienen la propiedad de transformar el Fe
reducido soluble en compuestos frricos
insolubles que pueden obstruir los sistemas
urbanos de aguas.
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Desarrollo de Crenothrix en las tuberas:
Crenothrix y organismos conexos se desarrollanen forma de masas aglutinadas o viscosas
adheridas a las paredes de los tubos y superficies
sumergidas.
El desarrollo de las bacterias produce condiciones
alcalinas favorables a la precipitacin local o
intercelular de los iones metlicos como hidratos
insolubles Los metales actan como factor de crecimiento de
las bacterias.
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Durante el proceso de descomposicin orgnica, se
producen reacciones qumicas reversibles, produccin
local de cido y el potencial de oxidacin reducido,disuelve hidratos del metal produciendo sabores y olores.
Las variaciones de pH y potencial de oxidacin causan
circuitos de corrosin.
La precipitacin del Fe y Mn es catalizada por losdepsitos existentes de xidos de Fe y Mn, desarrollados
por aireacin.
El resultado de los procesos, Fe y Mn se acumulan en los
sistemas de distribucin. Ademas en ausencia de oxigeno, se favorece la reduccin
de sulfatos en sulfuros y se producen compuestos olorosos.
Las materias tnicas se combinan con Fe y forman un
deposito negro.
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Problemas ocasionados
Depsitos en red de distribucin
Medidores pueden recubrirse de xidos
Artefactos sanitarios y utensilios de cocina se
recubren de depsitos negruzcos Manchas amarillas en ropa
Corrosin de tuberas
Sabor metlico Industrias de papel (estabilidad de colorantes),
bebidas
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Normas guatemalteca de calidad
del agua potable Hierro
Lmite mximo aceptable: 0.1 mg/L
Lmite mximo permisible: 1.0 mg/L
Manganeso
Lmite mximo aceptable : 0.05 mg/L
Lmite mximo permisible: 0.5mg/L
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Metodos para remocin de
Fe y Mn
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Procesos de remocin
Oxidacin y precipitacin, con la adicin de
qumicos y sedimentacin en algunos casos,
y filtracin Filtracin a travs de zeolita de manganeso
Intercambio de iones
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Precipitacin qumica:
El hierro y el manganeso pueden ser
removidos mediante la oxidacin de los
iones solubles de Fe+2 y Mn +2 con el usode oxgeno molecular, cloro residual y
permanganato de potasio.
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Proceso qumico
4 Fe+2 + O2(g) + 10 H2O --->4 Fe(OH)3 (s) + 8 H+
3 Fe+2 + KMnO4 + 7 H2O --->3 Fe(OH)3 (s) + MnO2(s) + K+ + 5 H+
2 Fe+2 + Cl2 + 6 H2O --->2 Fe(OH)3 (s) + 2 Cl- + 6 H+
2 Mn+2 + O2(g) + 2 H2O --->2 MnO2 (s) + 4 H+
3 Mn+2 + 2 KMnO4 + 2 H2O ---> 5 MnO2(s) + 2 K+ + 4 H+
Mn+2 + Cl2 + 2 H2O ---> MnO2 (s) + 2 Cl- + 4 H+
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Cintica de reaccinOxigenacin de Mn+2
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Compuestos de Fe
Bicarbonato ferroso
Hidrxido frrico Sulfato ferroso
Hierro orgnico
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Remocin de bicarbonato ferroso
Aireacin, sedimentacin y filtracin4 Fe(HCO3)2 + O2 + 2 H2O --->4 Fe(OH)3 + 8 CO2
Oxidacin, sedimentacin y filtracin2 Fe+2 + Cl2 + 6 H2O --->2 Fe(OH)3 (s) + 2 Cl
- + 6 H+
Ablandamiento del agua por intercambio decation de sodio (zeolita)
Fe(HCO3)2 + 2 NaR ---> FeR2 + 2 NaHCO3
FeR2 + 2 NaCl ---> 2 NaR + FeCl2
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Proceso de intercambio de cation de
hidrogenoFe(HCO3)2 + 2 HR ---> FeR2 + H2O + 2 CO2
FeR2 + H2SO4 ---> 2HR + FeSO4
Proceso de ablandamiento por cal y soda
Fe(HCO3)2 + Ca(OH)2 ---> FeCO3 + CaCO3 + H2O
Proceso de ablandamiento con zeolitas
comunesSe reduce dureza (agua blanda)
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Estudio de casos
Aplicacin de estudios de laboratorio al
diseo de plantas de tratamiento
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Presentado por:
Ing. Octavio Cordn Ing. Norma Avendao
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Objetivo del trabajo tcnico
Resaltar la utilidad de estudiar el origen de
las sustancias indeseables en las aguas de
abastecimiento para entender losmecanismos de sus remocin y sobre todo
la importancia de efectuar ensayos de
laboratorio y de procesos unitarios paraayudar en la seleccin de los procesos de
tratamiento para su remocin, a emplear en
el diseo de las plantas de tratamiento.
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Descripcin Caso 1
Urbanizacin privada ubicada al Sudeste de la
Ciudad de Guatemala en jurisdiccin,
comprende 60 lotes y la fuente deabastecimiento es agua subterrnea
proveniente de un pozo.
Problema: Quejas de usuariosHierro - 2.3 mg/L
Manganeso - 3.4 mg/L
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Descripcin - caso 2
Urbanizacin privada en condominio
ubicada al norte de la Ciudad de Antigua
Guatemala, con 50 casas, abastecida poragua subterrnea proveniente de un pozo.
Problema: Quejas de usuarios
Hierro - 2.3 mg/L
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Estudios de procesos - caso 1 y 2
Agua cruda
Bandejas de
aireacinCmara de
contacto
Filtro rpido
de gravedad
Tanque de
distribucin
Cloro Cloro
Cloro
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Descripcin del caso 3
Ro que abastece a una poblacin de 20 000
habitantes ubicada en el oriente del pas. La
calidad del agua en poca de lluvia presentaproblemas de color rojizo.
Problemas:
Color aparente: 233 unidadesColor verdadero: 109 unidades
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Procesos - caso 3
Canal de mezclahidrulica Sedimentadores Filtros lentos
Agua cruda
Sulfato deAluminio
Tanques de
distribucin
Cloro
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Descripcin - caso 4
Urbanizacin para vivienda econmica
ubicada cerca de Villa Canales, abastecida
de agua subterrnea de un pozo profundo. Problemas:
Quejas de usuarios - manchas en ropa
Hierro 0.6 mg/L
Manganeso: 3.5 mg/L
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Procesos - caso 4
Bandejas de
aireacinCmara de
Contacto
Filtros rpidos
gravedad
Tanque de
distribucin
Agua cruda
Cloro
Cloro y cal
hidratada
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Conclusiones
Es posible y necesario hacer estudios de
laboratorio (bench) para encontrar la
aplicabilidad y secuencia de los procesos aemplear en el diseo de plantas de
tratamiento.
Para casos ms complejos es necesarioconstruir una planta piloto y probar los
procesos unitarios a emplear.
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Conclusiones
Los mtodos de remocin de hierro y
manganeso por aireacin, oxidacin,
sedimentacin y filtracin, soneconmicamente factibles, fciles de
implementar y de operar.
Las plantas de remocin de hierro ymanganeso diseadas localmente son
econmicas en comparacin con las plantas
paquete.
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Conclusiones
En el transcurso de la realizacin del
presente trabajo de investigacin se observ
la importancia que tiene el formar equiposmixtos de trabajo con diferentes
experiencias para poder implementar en los
diseos aspectos tcnicos de variasespecialidades.
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Recomendaciones
Debido a los resultados obtenidos en las
distintas pruebas, se evidencia la utilidad de
los ensayos para lograr la seleccinadecuada de procesos de tratamiento y la
construccin de obras de ingeniera sanitaria
que no cumplan con los objetivos deremover los parmetros que puedan afectar
la calidad del agua de abastecimiento.
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Recomendaciones
Se recomienda efectuar ensayos de
laboratorio para cada una de las fuentes de
abastecimiento de agua para elegir eltratamiento ms adecuado.